DE4143539C2 - Prodn. of electrochemical element - Google Patents

Prodn. of electrochemical element

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Tsutomu Nanataki
Kazuyoshi Shibata
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Abstract

Prodn. of an electrochemical element (I) comprises: (a) forming an uncalcined electrode on an uncalcined solid electrolyte; (b) applying a green ceramic plate (II) on the solid electrolyte to form an uncalcined protective layer covering the uncalcined electrode; and (c) calcining the electrolyte. (II), which is calcined to form a porous ceramic structure, is also claimed and contains a powder (III), which disappears on heating, having a particle dia. (DBET) of 0.4 microns calculated from the specific surface area value according the BET-process, a ceramic powder having DBET of 0.02-0.5 microns, and a binder. Pref. the ceramic powder comprises partially or completely stabilised ZrO2, Al2O3, spinel, cordierite or TiO2. (III) comprises starch, sugar, theobromine, N,N-diphenylamide, carbon and graphite. (II) further contains a plasticiser. The plasticiser and the binder are present in an amount of 5-40 wt.pts.. (II) has a thickness of 100-300 microns and a relative pore vol. of 3%.

Description

Die Erfindung betrifft im allgemeinen ein Verfahren zur Herstellung eines elektrochemischen Ele­ ments. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine grüne Keramikplatte verwendet, um eine Elektrodenschutzschicht für ein elektrochemisches Element herzustellen, das zum Ermitteln oder Feststellen der Konzentration eines vorgegebenen Bestandteils eines zu messenden Gases (nachstehend als Meßgas bezeichnet) eingerichtet ist.The invention relates generally a method for producing an electrochemical ele mentions. In the method according to the invention, a green ceramic plate is used used an electrode protective layer for a Manufacture electrochemical element to determine or Determine the concentration of a given ingredient a gas to be measured (hereinafter referred to as measuring gas) is set up.

Poröse Keramikstrukturen oder -schichten, die eine Vielzahl von miteinander verbundenen Poren aufweisen, sind in ausgedehntem Maße für verschiedene Zwecke verwendet worden.Porous ceramic structures or layers that have a variety of having interconnected pores are extensive Dimensions have been used for various purposes.

So betreffen z. B. die inhaltlich ähnlichen Druckschriften DE-OS 38 03 894, DE-OS 38 03 897 und DE-OS 38 03 898 Preßlinge aus pyrogen hergestelltem Titandioxid, Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid, welches aus feinteiligem, entsprechendem Keramikpulver, Bindemittel sowie Harnstoff, Zucker und/oder Stärke als Ausbrennstoffe bzw. Porenbildner hergestellt werden. Diese Preßlinge sind als Katalysatoren oder als Katalysatorenträger vorgesehen. Bei einem Sauer­ stoffmeßfühler oder einem anderen elektrochemischen Element zum Ermitteln der Konzentration des Sauerstoffs oder eines anderen Bestandteils, wie zum Beispiel dem in Chemical Abstracts 105 (22): 193537 y beschriebenen Gassensor oder dem in der EP-A-0 144 185 beschriebenen elektrochemischen Element, wird im allgemeinen eine gasdurch­ lässige poröse Schutzschicht verwendet, um eine Elektrode dage­ gen zu schützen, daß sie einem Meßgas, z. B. einem Abgas bzw. Auspuffgas, das durch einen Verbrennungsmotor emittiert wird, direkt ausgesetzt wird. Die poröse Schutzschicht wird insbeson­ dere bereitgestellt, um die Elektrode gegen die schädlichen Ein­ flüsse korrodierend wirkender Substanzen wie z. B. Blei, Phos­ phor, Silicium und Schwefel zu schützen. Wenn die Elektrode diesen korrodierend wirkenden Substanzen ausgesetzt wird, be­ steht die Neigung, daß bei dem Meßfühler Nachteile wie z. B. ei­ ne Änderung des Steuer- bzw. Arbeitspunktes, eine Verminderung des Ausgangssignals und eine Verschlechterung des Betriebsan­ sprechvermögens auftreten. Die Elektrodenschutzschicht dient auch zur Verhinderung des Verdampfens der Bestandteile der Elektrode bei einer erhöhten Betriebstemperatur. Zum Verbessern der Haltbarkeit des Meßfühlers durch Schutz der Elektrode gegen Korrosion und Verdampfung ist es erwünscht, daß die poröse Elektrodenschutzschicht eine große Dicke hat, so daß die Schutzschicht lange Fluiddurchgänge oder -kanäle hat, durch die das Meßgas in Richtung auf die Elektrode hindurchströmt. For example, B. the content-related publications DE-OS 38 03 894, DE-OS 38 03 897 and DE-OS 38 03 898 compacts pyrogenic titanium dioxide, aluminum oxide or Zirconium oxide, which consists of fine, corresponding Ceramic powder, binder and urea, sugar and / or Starch as a burnout or pore former. These compacts are as catalysts or as Catalyst carrier provided. With a sour substance sensor or another electrochemical element for Find the concentration of oxygen or another Ingredient such as that in Chemical Abstracts 105 (22): 193537 y described gas sensor or that in EP-A-0 144 185 described electrochemical element, is generally a gas through casual porous protective layer used to dage an electrode protect conditions that they are a sample gas, for. B. an exhaust gas or Exhaust gas emitted by an internal combustion engine is exposed directly. The porous protective layer is particularly dere provided to the electrode against the harmful one flows of corrosive substances such as B. Lead, Phos to protect phor, silicon and sulfur. If the electrode exposed to these corrosive substances, be there is a tendency that the probe has disadvantages such. B. egg ne change of the control or working point, a reduction of the output signal and deterioration in operation speaking ability occur. The electrode protection layer serves also to prevent evaporation of the components of the Electrode at an elevated operating temperature. To improve the durability of the sensor by protecting the electrode against Corrosion and evaporation it is desirable that the porous Electrode protection layer has a large thickness, so that the Protective layer has long fluid passages or channels through which the sample gas flows in the direction of the electrode.  

Eine solche poröse Keramikschicht oder Keramikstruktur, die zum Schutz einer Elektrode verwendet wird, wird üblicherweise durch Plasmaspritzen eines geeigneten keramischen Werkstoffs wie z. B. Spinell derart gebildet, daß der keramische Werkstoff die Elek­ trode und/oder ein Substrat wie z. B. einen Festelektrolytkörper, auf dem die Elektrode gebildet ist, bedeckt. Alternativ wird auf einen Festelektrolytkörper oder ein anderes Substrat eine grüne Platte aus einem geeigneten keramischen Werkstoff aufge­ schichtet bzw. laminiert, um die auf dem Substrat gebildete Elektrode zu bedecken, und die grüne Platte wird unter Bildung einer porösen Elektrodenschutzschicht gebrannt, die mit dem Substrat zusammenhängt bzw. ein Ganzes bildet. Der aus einer solchen grünen Keramikplatte hergestellten porösen Keramik­ schicht wird im allgemeinen in einer der folgenden Weisen eine geeignete Porosität gegeben: (1) Die grüne Platte wird derart gebrannt, daß das Sintern des Keramikpulvers ungenügend ist; (2) die grüne Platte enthält eine verhältnismäßig große Binde­ mittelmenge, und (3) die grüne Platte enthält außer dem Binde­ mittel einen oder mehr als einen organischen Zusatzstoff, und diese Zusatzstoffe werden entfernt, während die grüne Platte gebrannt wird.Such a porous ceramic layer or ceramic structure, which for Protection of an electrode is usually used by Plasma spraying of a suitable ceramic material such. B. Spinel formed in such a way that the ceramic material the Elek trode and / or a substrate such. B. a solid electrolyte body, on which the electrode is formed. Alternatively, will on a solid electrolyte body or another substrate green plate made of a suitable ceramic material laminates around those formed on the substrate Cover electrode, and the green plate is forming fired a porous electrode protection layer, which with the Substrate is connected or forms a whole. The one such green ceramic plate made porous ceramic Layer generally becomes one in one of the following ways suitable porosity given: (1) The green plate becomes like this fired that the sintering of the ceramic powder is insufficient; (2) the green plate contains a relatively large bandage amount of medium, and (3) the green plate contains the bandage medium one or more than one organic additive, and these additives are removed while the green plate is burned.

Die durch das Plasmaspritzverfahren gebildete poröse Keramik­ schicht neigt zu Nachteilen, z. B. dazu, wegen eines Wärmesto­ ßes oder einer Wärmebeanspruchung bzw. Wärmespannung Risse zu bilden oder abzuspringen bzw. abzublättern, und zu einer unge­ nügenden mechanischen Festigkeit. Ferner ist es im allgemeinen schwierig, das Plasmaspritzverfahren durchzuführen, wenn die gewünschte Dicke der porösen Keramikschicht 100 µm überschrei­ tet.The porous ceramic formed by the plasma spraying process layer tends to disadvantages, e.g. B. because of a heat ßes or a thermal stress or thermal stress cracks form or jump off or peel off, and to an unung sufficient mechanical strength. Furthermore, it is in general difficult to carry out the plasma spraying process when the desired thickness of the porous ceramic layer exceeds 100 µm tet.

Auch das gebräuchliche Verfahren des Aufschichtens bzw. Lami­ nierens einer grünen Platte hat einige Nachteile. Beispielswei­ se zeigt die poröse Keramikschicht, die gemäß dem vorstehend erwähnten Verfahren (1) hergestellt wird, eine ungenügende me­ chanische Festigkeit des Keramiknetzwerks, weil die Keramik­ teilchen, die das Keramiknetzwerk bilden, nicht ausreichend ge­ sintert sind. Dieser Nachteil ist besonders schwerwiegend, wenn die poröse Keramikschicht eine hohe Porosität hat. Mit anderen Worten, das vorstehend erwähnte Verfahren ist zur Bildung einer porösen Keramikschicht mit einer verhältnismäßig hohen Porosi­ tät nicht geeignet, und dasselbe Verfahren erlaubt keine genaue Steuerung bzw. Einstellung der Porengröße.Also the usual method of layering or lami Kidneying a green plate has some disadvantages. For example se shows the porous ceramic layer according to the above mentioned method (1) is produced, an insufficient me mechanical strength of the ceramic network because of the ceramic particles that form the ceramic network are not sufficient are sintered. This disadvantage is particularly serious, though the porous ceramic layer has a high porosity. With others  Words, the above-mentioned method is for forming a porous ceramic layer with a relatively high porosity not suitable, and the same procedure does not allow an exact one Control or adjustment of the pore size.

Das Verfahren (2), bei dem eine erhöhte Bindemittelmenge ver­ wendet wird, hat ebenfalls mögliche Nachteile. D.h., das Ausmaß der Verwölbung bzw. des Verziehens der gebrannten porösen Kera­ mikplatte nimmt zu, wenn die Bindemittelmenge zunimmt. Ferner besteht die Neigung, daß die Menge des Bindemittels an den Ober­ flächen der porösen Platte übermäßig hoch ist, was zu einer un­ genügenden Verbindung der Keramikteilchen mit denen einer Plat­ te bzw. Schicht führt, mit der die poröse Platte verbunden wird. Außerdem wird die Leichtigkeit der Entfernung des Bindemittels herabgesetzt, wodurch an der Verbindungsgrenzfläche Blasen ver­ ursacht werden und der Schichtzusammenhalt verschlechtert wird. Infolgedessen weist die erhaltene poröse Keramikplatte den Nach­ teil des Abspringens oder Abblätterns oder ähnliche Mängel auf.The method (2), in which an increased amount of binder ver is used also has possible disadvantages. That is, the extent the warping or warping of the fired porous kera microplate increases as the amount of binder increases. Further there is a tendency that the amount of the binder to the upper area of the porous plate is excessively high, resulting in an un sufficient connection of the ceramic particles with those of a plat te or layer with which the porous plate is connected. It also makes the removal of the binder easier reduced, causing bubbles to ver at the connection interface are caused and the layer cohesion deteriorates. As a result, the porous ceramic plate obtained has the after part of the bounce or peeling or similar defects.

Das vorstehend erwähnte Verfahren (3), bei dem Zusatzstoffe au­ ßer dem Bindemittel verwendet werden, hat den Nachteil einer geringen Formbarkeit der grünen Keramikplatte, besonders wenn die grüne Platte eine verhältnismäßig große Dicke hat. Dasselbe Verfahren hat auch den Nachteil, daß bei der grünen Platte Ris­ se oder andere Mängel auftreten, wenn die grüne Platte getrock­ net wird. Diese Probleme können zwar durch Erhöhung der Binde­ mittelmenge gelöst werden, jedoch führt dieser Lösungsweg zu den vorstehend erörterten Nachteilen des Verfahrens (2), d. h., zu einem verschlechterten Zusammenhalt zwischen der porösen Ke­ ramikplatte bzw. -schicht und einem Substrat, auf das die porö­ se Keramikplatte bzw. -schicht aufgeschichtet bzw. laminiert ist.The above-mentioned method (3), in which additives other than the binder are used, has the disadvantage of poor moldability of the green ceramic plate, especially when the green plate has a relatively large thickness. The same method also has the disadvantage that ris green or other defects occur with the green plate when the green plate is dried. Although these problems can be solved by increasing the amount of binding agent, this approach leads to the disadvantages of the method ( 2 ) discussed above, ie to a deteriorated cohesion between the porous ceramic plate or layer and a substrate on which the pores se ceramic plate or layer is layered or laminated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem eine grüne Keramikplatte verwendet wird, um ein elektrochemisches Element, z. B. insbesondere einen Sauer­ stoffmeßfühler, herzustellen, wobei die grüne Keramikplatte eine hohe Formbarkeit und Schichtzusammenhalt zeigt und eine poröse Keramikschicht mit genügender mechanischer Fertigkeit liefert.The invention is based on the object  to provide a process where a green ceramic plate is used around an electrochemical element, e.g. B. in particular an acid fabric sensor, the green ceramic plate shows a high formability and layer cohesion and a porous ceramic layer with sufficient mechanical skill supplies.

Eine erste, eine zweite und eine dritte Ausgestaltung der Er­ findung bestehen in den folgenden Verfahren (a), (b) bzw. (c) zur Herstellung eines elektrochemischen Elements. Das Verfahren (a) weist die folgenden Schritte auf: Bildung mindestens einer ungebrannten Elektrode auf einem ungebrannten Festelektrolyt­ körper; Aufbringen einer grünen Keramikplatte auf den ungebrannten Festelektrolytkör­ per, um eine ungebrannte Schutzschicht zu bilden, die minde­ stens eine der vorstehend erwähnten mindestens einen ungebrann­ ten Elektrode bedeckt; und Brennen des ungebrannten Festelek­ trolytkörpers, der vorstehend erwähnten mindestens einen unge­ brannten Elektrode und der ungebrannten Schutzschicht, wodurch das elektrochemische Element erhalten wird; wobei für die grüne Keramikplatte, die unter Bildung einer porösen Keramikstruktur gebrannt wird, entweder eine Mischung, die hauptsächlich ausA first, a second and a third embodiment of the Er consist of the following processes (a), (b) and (c) for the production of an electrochemical element. The procedure (a) has the following steps: formation of at least one unfired electrode on an unfired solid electrolyte  body; Apply a green ceramic plate on the unfired solid electrolyte body per to form an unfired protective layer, the min least one of the above-mentioned at least one unburned covered electrode; and burning the unfired festelek trolyte body, the aforementioned at least one unge burned electrode and the unfired protective layer, whereby the electrochemical element is obtained; being for the green ceramic plate that is forming a porous ceramic structure is fired either a mix that mainly consists of

  • - einem Ausbrennstoff, der einen Teilchendurchmesser DBET von mindestens 0,4 µm aufweist, wobei der Teilchendurchmesser DBET dein Durchmesser einer Kugel entspricht, der auf der Grundlage eines nach dem BET-Verfahren (Brunauer-Emmett-Teller-Ver­ fahren) gemessenen Wertes der spezifischen Oberfläche errechnet wird,- A burnout substance which has a particle diameter D BET of at least 0.4 μm, the particle diameter D BET corresponding to the diameter of a sphere, which is measured on the basis of a value measured by the BET method (Brunauer-Emmett-Teller method) the specific surface is calculated,
  • - einem Keramikpulver, das einen Teilchendurchmesser DBET von 0,02 bis 0,5 µm hat, und- a ceramic powder which has a particle diameter D BET of 0.02 to 0.5 µm, and
  • - einem Bindemittel besteht,- there is a binder,

oder eine Mischung, die hauptsächlich ausor a mixture that mainly consists of

  • - einem Ausbrennstoff, der eine 50-%-Teilchengröße DL; 50% von mindestens 0,8 µm aufweist, wobei die 50-%-Teilchengröße DL; 50% durch ein Laserabtastverfahren bestimmt wird,- a burnout that has a 50% particle size D L ; 50% of at least 0.8 microns, the 50% particle size D L ; 50% is determined by a laser scanning method
  • - einem Keramikpulver, das einen Teilchendurchmesser DBET von 0,02 bis 0,5 µm hat, und- a ceramic powder which has a particle diameter D BET of 0.02 to 0.5 µm, and
  • - einem Bindemittel besteht,- there is a binder,

verwendet wird. Das Verfahren (b) weist die folgenden Schritte auf: Bildung mindestens einer un­ gebrannten Elektrode auf einem ungebrannten Festelektrolytkör­ per; gemeinsames Brennen der ungebrannten Elektrode oder Elek­ troden und des ungebrannten Festelektrolytkörpers; Aufbringen einer grünen Keramikplatte, wie sie vorstehend beschrieben wur­ de, auf den gebrannten Festelektrolytkörper, um eine unge­ brannte Schutzschicht zu bilden, die mindestens eine der vor­ stehend erwähnten mindestens einen ungebrannten Elektrode be­ deckt; und Brennen der ungebrannten Schutzschicht, wodurch das elektrochemische Element erhalten wird. Das Verfahren (c) weist die folgenden Schritte auf: Bildung mindestens einer unge­ brannten Elektrode auf einem gebrannten Festelektrolytkörper; Aufbringen einer grünen Keramikplatte, wie sie vorstehend be­ schrieben wurde, auf den gebrannten Festelektrolytkörper, um eine ungebrannte Schutzschicht zu bilden, die mindestens eine der vorstehend erwähnten mindestens einen ungebrannten Elektro­ de bedeckt; und gemeinsames Brennen der ungebrannten Elektrode oder Elektroden und der ungebrannten Schutzschicht, wodurch das elektrochemische Element erhalten wird.is used. The procedure (b) has the following steps: formation of at least one un baked electrode on an unfired solid electrolyte body by; joint burning of the unfired electrode or elec treads and the unfired solid electrolyte body; Apply a green ceramic plate as described above de, on the fired solid electrolyte body to an un burned protective layer to form at least one of the before standing at least one unfired electrode be covers; and burning the unfired protective layer, whereby the electrochemical element is obtained. The method (c) points the following steps: formation of at least one unung baked electrode on a baked solid electrolyte body; Apply a green ceramic plate, as described above was written on the fired solid electrolyte body to form an unfired protective layer that has at least one the aforementioned at least one unfired electric de covered; and burning the unfired electrode together or electrodes and the unfired protective layer, whereby the electrochemical element is obtained.

Die gemäß der vorstehend beschriebenen Erfindung verwendete grüne Keramikplatte zeigt eine verbesserte Formbarkeit und einen verbesserten Schichtzusammenhalt und liefert eine poröse Keramikstruktur mit einer erhöhten mechanischen Festigkeit. Diese grüne Keramikplatte ermöglicht die Herstellung eines elektrochemischen Elements, des­ sen Elektrode (Elektroden) durch eine ausreichend dicke poröse Schutzschicht, die durch Brennen der grünen Keramikplatte ge­ bildet wird, in geeigneter Weise geschützt wird (werden). Die poröse Schutzschicht erhöht die Haltbarkeit des elektrochemi­ schen Elements in beträchtlichem Maße. The green one used according to the invention described above Ceramic plate shows an improved formability and an improved Layer cohesion and delivers a porous ceramic structure with increased mechanical strength. This green ceramic plate enables the production of an electrochemical element, the sen electrode (electrodes) by a sufficiently thick porous Protective layer by burning the green ceramic plate is formed, is protected in an appropriate manner. The Porous protective layer increases the durability of the electrochemical elements to a considerable extent.  

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beige­ fügten Zeichnungen näher erläutert.The invention is described below with reference to the beige added drawings explained in more detail.

Fig. 1 ist eine auseinandergezogene perspektivische Teilansicht, die ein Beispiel eines gemäß der Erfindung hergestellten elek­ trochemischen Meßfühlers zeigt. Fig. 1 is an exploded partial perspective view showing an example of an electrochemical probe made according to the invention.

Fig. 2 ist eine Vorderansicht eines Schnittes entlang der Linie 2-2 von Fig. 1. FIG. 2 is a front view of a section along line 2-2 of FIG. 1.

Fig. 3 und 4 sind graphische Darstellungen, die die Ergebnisse einer Wärmestoßprüfung bzw. einer Phosphorkorrosionsprüfung zei­ gen, die mit den erfindungsgemäßen Proben und den Vergleichs­ proben durchgeführt wurden. FIGS. 3 and 4 are graphs showing the results of a gene, the thermal shock test and a corrosion test zei phosphorus, which were carried out samples with the samples of the invention and the comparison.

Die Mischung für die erfindungsgemäß verwendete grüne Keramikplatte ent­ hält als Hauptbestandteile ein Keramikpulver, ein Bindemittel und ein bei Anwendung von Hitze verschwindendes Pulver, das bei einer erhöhten Temperatur, z. B. bei der Sintertemperatur des Keramikpulvers, verschwindet. Die Mischung kann ferner Zusatz­ stoffe wie z. B. ein organisches Lösungsmittel mit einem hohen Siedepunkt oder andere Plastifizierungsmittel enthalten. In die­ sem Fall nimmt jedoch die Formbarkeit der grünen Keramikplatte im allgemeinen mit einer Zunahme der Dicke ab, wie vorstehend erwähnt wurde. Wenn in dem vorstehend erwähnten Fall die Menge des Bindemittels erhöht wird, um die Verschlechterung der Form­ barkeit zu vermeiden, wird der Schichtzusammenhalt der grünen Keramikplatte herabgesetzt.The mixture for the green ceramic plate used in the invention ent holds the main components of a ceramic powder, a binder and a powder that disappears when heat is applied an elevated temperature, e.g. B. at the sintering temperature of Ceramic powder, disappears. The mixture can also add fabrics such as B. an organic solvent with a high Contain boiling point or other plasticizers. In the In this case, however, the malleability of the green ceramic plate decreases generally with an increase in thickness as above was mentioned. If in the case mentioned above, the amount of the binder is increased to the deterioration of the shape avoidability, the layer cohesion of the green Ceramic plate reduced.

Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen werden die Formbarkeit und der Schichtzusammenhalt gleich­ zeitig verbessert, wodurch eine poröse Keramikstruktur mit ei­ ner hohen mechanischen Festigkeit erhalten wird. Das heißt, die grüne Keramikplatte wird aus einer Mischung ge­ bildet, die ein Keramikpulver und ein bei Anwendung von Hitze verschwindendes Pulver mit bestimmten Korngrößen oder Korndurch­ messern enthält. In view of the foregoing the formability and the layer cohesion are the same improved in time, creating a porous ceramic structure with egg ner high mechanical strength is obtained. That is, the green ceramic plate is made from a mixture that forms a ceramic powder and one when applying heat vanishing powder with certain grain sizes or grain size contains knives.  

Die Korngröße des Keramikpulvers und des bei Anwendung von Hit­ ze verschwindenden Pulvers wird als ein Durchmesser DBET ausge­ drückt, der dem Durchmesser einer Kugel entspricht, der auf der Grundlage einer nach dem BET-Verfahren (Brunauer-Emmett-Teller-Ver­ fahren) gemessenen spezifischen Oberfläche (nachstehend als "spezifische BET-Oberfläche" bezeichnet) gemäß folgender Glei­ chung errechnet wird:The grain size of the ceramic powder and the powder disappearing when using hit ze is expressed as a diameter D BET , which corresponds to the diameter of a sphere, which is measured on the basis of a method measured by the BET method (Brunauer-Emmett-Teller method) specific surface area (hereinafter referred to as "specific BET surface area") is calculated according to the following equation:

DBET (µm) = 6/(ρ · SBET)
worin ρ: wahre Dichte (g/cm³)
SBET: spezifische BET-Oberfläche (m²/g)
D BET (µm) = 6 / (ρ · S BET )
where ρ: true density (g / cm³)
S BET : specific BET surface area (m² / g)

Als Ergebnis umfassender Untersuchungen haben die Erfinder fest­ gestellt, daß die Formbarkeit, der Schichtzusammenhalt und die mechanische Festigkeit einer grünen Keramikplatte oder einer daraus erhaltenen porösen Keramikstruktur in bedeutendem Maße verbessert werden können, wenn in der Mischung für die grüne Ke­ ramikplatte ein Keramikpulver, dessen Teilchendurchmesser DBET in dem Bereich von 0,02 bis 0,5 µm liegt, und ein Ausbrennstoff, dessen Teilchendurchmesser DBET mindestens 0,4 µm beträgt, verwendet werden.As a result of extensive studies, the inventors have found that the formability, the layer cohesion and the mechanical strength of a green ceramic plate or a porous ceramic structure obtained therefrom can be significantly improved if a ceramic powder whose particle diameter is in the mixture for the green ceramic plate D BET is in the range of 0.02 to 0.5 µm, and a burnout whose particle diameter D BET is at least 0.4 µm can be used.

Die Erfinder haben auch festgestellt, daß im Fall der Verwen­ dung eines Graphits, eines Kohlenstoffs oder eines anderen flocken­ förmigen Pulvers als Ausbrennstoff die Neigung besteht, daß der erreichnete Teilchendurchmesser DBET kleiner ist als die tatsächliche Teilchengröße des Pulvers. Um dieses Problem zu lösen, haben die Erfinder gefunden, daß die Korngröße eines solchen Ausbrennstoffes durch die 50-%-Teilchengröße DL; 50% korrekt ausgedrückt werden kann, die durch ein Laserstreuver­ fahren, d. h., unter Anwendung eines Laserstreuungs-Korngrößen­ analysiergeräts, bestimmt wird. Die 50-%-Teilchengröße DL; 50% ist die größte Größe derjenigen Teilchen, die nicht größer als diese Größe, d. h., so groß wie oder kleiner als die 50-%-Teil­ chengröße, sind und die in einem kumulativen Teilchengrößendia­ gramm 50% der Gesamtzahl der Teilchen eines Pulvers bilden. Die Erfinder haben auch gefunden, daß die Aufgabe der Erfindung gelöst werden kann, wenn die 50-%-Teilchengröße DL; 50% des Ausbrennstoffes wie z. B. Gra­ phit- und Kohlenstoffpulver mindestens 0,8 µm beträgt.The inventors have also found that when a graphite, carbon or other flake powder is used as a burnout, the particle diameter D BET achieved is less than the actual particle size of the powder. In order to solve this problem, the inventors have found that the grain size of such a burnout material is determined by the 50% particle size D L ; 50% can be correctly expressed, which is determined by a laser scattering method, ie, using a laser scattering grain size analyzer. The 50% particle size D L ; 50% is the largest size of those particles which are no larger than this size, ie, as large or smaller than the 50% particle size, and which in a cumulative particle size chart form 50% of the total number of particles in a powder. The inventors have also found that the object of the invention can be achieved if the 50% particle size D L ; 50% of the burnout such. B. Gra phit and carbon powder is at least 0.8 microns.

Folglich soll für das Verfahren gemäß der Erfindung das Keramikpulver, das als ein Hauptbestandteil der Mischung für die grüne Keramikplatte verwendet wird, einen Teilchendurchmesser DBET haben, der in dem Bereich von 0,02 µm bis 0,5 µm liegt. Wenn der Teilchen­ durchmesser des Keramikpulvers kleiner als die Untergrenze von 0,02 µm ist, ist die Formbarkeit der grünen Keramikplatte ver­ schlechtert. Wenn der Teilchendurchmesser des Keramikpulvers größer als die Obergrenze von 0,5 µm ist, ist die Sinterung der Keramikteilchen an ihrer Verbindungsgrenzfläche nicht ausrei­ chend, was dazu führt, daß die aus dieser grünen Keramikplatte erhaltene poröse Keramikstruktur eine verminderte mechanische Festigkeit hat. Das Keramikpulver, das gemäß der Erfindung ver­ wendet wird, kann im wesentlichen aus Aluminiumoxid, Spinell, Cordierit oder Titandioxid oder aus einer festen Lösung von partiell oder vollständig stabilisiertem Zirkoniumdioxid und Yttrium(III)-oxid bzw. Yttererde, Calciumoxid oder Ytterbi­ um(III)-oxid bzw. Ytterbinerde bestehen. Alternativ kann das Keramikpulver hauptsächlich aus solch einer festen Lösung oder aus einer Mischung von zwei oder mehr als zwei der vorstehend angegebenen Arten von Keramikpulver bestehen. Dem Keramikpulver kann nötigenfalls ein oder mehr als ein geeignetes Sinterhilfs­ mittel wie z. B. SiO₂, Al₂O₃, Kaolin und Ton in einer Menge von 30 Masse% oder weniger zugesetzt werden. Im einzelnen wird als Keramikpulver vorzugsweise Aluminiumoxid und mit Yttrium(III)-oxid bzw. Yttererde dotiertes Zirkoniumdioxid verwendet. Insbe­ sondere besteht das Keramikpulver vorzugsweise hauptsächlich aus partiell stabilisiertem Zirkoniumdioxid, dessen Hauptkri­ stallphase kubisch ist, oder aus vollständig stabilisiertem Zir­ koniumdioxid mit einer kubischen Kristallphase.Accordingly, for the method according to the invention, the ceramic powder used as a main component of the mixture for the green ceramic plate should have a particle diameter D BET which is in the range of 0.02 µm to 0.5 µm. If the particle diameter of the ceramic powder is smaller than the lower limit of 0.02 µm, the formability of the green ceramic plate is deteriorated. If the particle diameter of the ceramic powder is larger than the upper limit of 0.5 µm, the sintering of the ceramic particles at their connection interface is not sufficient, resulting in the porous ceramic structure obtained from this green ceramic plate having a reduced mechanical strength. The ceramic powder used in accordance with the invention can essentially consist of aluminum oxide, spinel, cordierite or titanium dioxide or of a solid solution of partially or completely stabilized zirconium dioxide and yttrium (III) oxide or ytter earth, calcium oxide or ytterbi um (III ) oxide or Ytterbinerde exist. Alternatively, the ceramic powder may consist mainly of such a solid solution or a mixture of two or more than two of the above-mentioned types of ceramic powder. The ceramic powder can if necessary one or more than a suitable sintering agent such. B. SiO₂, Al₂O₃, kaolin and clay are added in an amount of 30 mass% or less. In particular, aluminum oxide and zirconium dioxide doped with yttrium (III) oxide or ytterium are preferably used as the ceramic powder. In particular, the ceramic powder preferably consists mainly of partially stabilized zirconium dioxide, the main crystalline phase of which is cubic, or of completely stabilized zirconium dioxide with a cubic crystal phase.

Der Ausbrennstoff, der zusätzlich zu dem Keramikpulver als ein anderer wichtiger Bestandteil verwendet wird, besteht aus einem organischen oder anorgani­ schen Pulver, das bei einer Sintertemperatur sublimiert oder thermisch zersetzt oder ausgebrannt wird. Folglich wird durch Brennen der grünen Keramikplatte, die solch einen Ausbrennstoff enthält, eine poröse Keramikplatte oder -struktur erhalten, die eine Vielzahl von miteinander verbundenen Poren oder Kanälen aufweist.The burnout, the additional to the ceramic powder as another important ingredient is used consists of an organic or inorganic powder that sublimes at a sintering temperature or is thermally decomposed or burned out. Consequently, by Burn the green ceramic plate, which is such a burnout  contains a porous ceramic plate get or structure that have a variety of together connected pores or channels.

Um mit einer verhältnismäßig geringen Bindemittelmenge einen hohen Grad der Formbarkeit und des Schichtzusammenhalts zu gewähr­ leisten, ist es notwendig, daß der Ausbrennstoff einen Teilchendurchmesser DBET von mindestens 0,4 µm und vorzugsweise mindestens 1 µm oder eine 50-%- Teilchengröße DL; 50% von mindestens 0,8 µm und vorzugsweise mindestens 2 µm hat. Es wird angemerkt, daß, wenn der Teilchen­ durchmesser DBET oder die 50-%-Teilchengröße DL; 50% übermäßig groß ist, die erhaltene poröse Keramikstruktur übermäßig große Poren oder Kanäle aufweist, was dazu führt, daß die Funktion der porösen Keramikstruktur als Schicht, die dazu dient, eine Elektrode eines elektrochemischen Elements dagegen zu schützen, daß sie korrodierend wirkenden Substanzen ausgesetzt wird, ver­ mindert wird. Ferner hat ein übermäßig großer Teilchendurchmesser oder eine übermäßig große Teilchengröße des Ausbrennstoffes zur Folge, daß die mechanische Festigkeit der erhaltenen porösen Keramikstruktur vermindert wird. In dieser Hinsicht ist es erwünscht, daß der Teilchen­ durchmesser DBET oder die 50-%-Teilchengröße DL; 50% höchstens 100 µm beträgt. Es ist jedoch möglich, einen Ausbrennstoff zu verwenden, dessen Teilchendurchmesser DBET oder dessen 50-%-Teilchengröße DL; 50% 100 µm überschreitet, wenn die Mischung für die grüne Keramikplatte beim Vermischen der Bestandteile zur Erzeugung einer Aufschläm­ mung gemahlen, zerquetscht, zerkleinert oder zerrieben wird, um die Teilchengröße in der Mischung herabzusetzen.In order to ensure a high degree of formability and layer cohesion with a relatively small amount of binder, it is necessary that the burnout have a particle diameter D BET of at least 0.4 µm and preferably at least 1 µm or a 50% particle size D L ; 50% of at least 0.8 µm and preferably at least 2 µm. It is noted that when the particle diameter D BET or the 50% particle size D L ; 50% is excessively large, the porous ceramic structure obtained has excessively large pores or channels, which leads to the function of the porous ceramic structure as a layer which serves to protect an electrode of an electrochemical element against exposure to corrosive substances , is reduced. Furthermore, an excessively large particle diameter or an excessively large particle size of the burnout material has the result that the mechanical strength of the porous ceramic structure obtained is reduced. In this regard, it is desirable that the particle diameter D BET or the 50% particle size D L ; 50% is at most 100 µm. However, it is possible to use a burnout whose particle diameter D BET or whose 50% particle size D L ; 50% exceeds 100 µm when the mixture for the green ceramic plate is ground, crushed, crushed, or ground to mix the ingredients to form a slurry to reduce the particle size in the mixture.

Der Ausbrennstoff kann aus organischen Pulvern wie z. B. Stärke, Zucker, Theobromin und N,N-Di­ phenylamid bzw. -amin und aus anorganischen Pulvern wie z. B. Kohlenstoff und Graphit ausgewählt werden. Die Mischung der grünen Keramikplatte enthält im allgemeinen 20 bis 80 Volumen-%, vorzugsweise 30 bis 70 Volumen-% des Ausbrennstoffes, bezogen auf die Gesamtmenge von Keramikpulver und Ausbrennstoff. The burnout can be organic Powders such as B. starch, sugar, theobromine and N, N-Di phenylamide or amine and from inorganic powders such. B. Carbon and graphite can be selected. The mix of green ceramic plate generally contains 20 to 80% by volume, preferably 30 to 70% by volume of the burnout material, based on the total amount of ceramic powder and burnout.  

Das Bindemittel wird zusätzlich zu dem Keramikpulver und dem Ausbrennstoff als weiterer Hauptbestandteil der Mischung für die grüne Kera­ mikplatte verwendet. Als Bindemittel kann ein geeignetes be­ kanntes Formhilfsmittel verwendet werden. Das Bindemittel wird beispielsweise aus der Gruppe ausgewählt, zu der Bindemittel wie z. B. Ethylcellulose, Polyvinylalkohol, Polyvinylbutyral, Polyacrylat und Polymethacrylat und andere Kunstharzbindemittel gehören. In Abhängigkeit von den besonderen Bindemitteln, die verwendet werden, kann die Mischung ferner geeignete Plastifi­ zierungsmittel wie z. B. Dioctylphthalat, Dibutylphthalat, Di­ ethylenglykol und Dibutylsebacat enthalten. Das Bindemittel und das Plastifizierungsmittel werden im allgemeinen in einer Ge­ samtmenge von 5 bis 40 Masseteilen je 100 Masseteile der Ge­ samtmenge des Keramikpulvers und des bei Anwendung von Hitze verschwindenden Pulvers zugesetzt.The binder becomes in addition to the ceramic powder and the burnout as another main component of the mixture for the green Kera microplate used. As a binder, a suitable known molding aid can be used. The binder will for example selected from the group to the binder such as B. ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, Polyacrylate and polymethacrylate and other synthetic resin binders belong. Depending on the special binders that can be used, the mixture can also suitable Plastifi ornamental such as B. dioctyl phthalate, dibutyl phthalate, di contain ethylene glycol and dibutyl sebacate. The binder and the plasticizer are generally in a Ge total amount of 5 to 40 parts by mass per 100 parts by mass of the Ge the total amount of ceramic powder and that when using heat vanishing powder added.

Wenn zur Herstellung der grünen Keramikplatte eine Aufschläm­ mung bzw. ein Schlicker erzeugt wird, wird die Mischung, die hauptsächlich aus dem Keramikpulver, dem Ausbrennstoff und dem Bindemittel, die vorstehend beschrieben worden sind, besteht, mit einem Lösungsmittel oder einer Lösungsmittelmischung, die in Abhängigkeit von den beson­ deren Bindemitteln und Plastifizierungsmitteln ausgewählt wird, vermischt. Zu Beispielen für die Lösungsmittel, die für die Aufschlämmung geeigneterweise verwendet werden, gehören: ein Alkohol wie z. B. Ethanol, 2-Propanol und 1-Butanol; ein aroma­ tischer Kohlenwasserstoff wie z. B. Toluol und Xylol; ein halo­ genierter Kohlenwasserstoff wie z. B. Trichlorethylen und Tetra­ chlorethylen; Acetat; Carbitol (Diethylenglykolmonoethylether); ein Keton wie z. B. Aceton und Methylethylketon; Terpineol und Wasser. Die Viskosität der Aufschlämmung wird durch die Menge des Lösungsmittels eingestellt. Es wird bemerkt, daß das (die) Lösungsmittel das bei Anwendung von Hitze verschwindende Pulver nicht auflösen sollte(n).If a slurry is used to make the green ceramic plate tion or a slip is generated, the mixture that mainly from the ceramic powder, the burnout material and the binder described above have been described, with a solvent or a solvent mixture depending on the particular whose binders and plasticizers are selected, mixed. Examples of the solvents used for the Slurries used appropriately include: a Alcohol such as B. ethanol, 2-propanol and 1-butanol; an aroma table hydrocarbon such. B. toluene and xylene; a halo hydrogenated hydrocarbon such as B. trichlorethylene and tetra chlorethylene; Acetate; Carbitol (diethylene glycol monoethyl ether); a ketone such as B. acetone and methyl ethyl ketone; Terpineol and Water. The viscosity of the slurry is determined by the amount of the solvent set. It is noted that the Solvent the powder disappearing when heat is applied should not dissolve.

Unter Verwendung der auf diese Weise hergestellten Aufschläm­ mung wird durch ein geeignetes Verfahren wie z. B. ein Rakelmes­ ser- bzw. Rakelauftragverfahren oder ein Kalanderwalzenverfah­ ren eine grüne Keramikplatte gebildet, die eine gewünschte Dicke hat. Die gebildete grüne Keramikplatte wird bei Raumtem­ peratur an der Luft getrocknet oder bei einer erhöhten Tempera­ tur zwangsgetrocknet. Die grüne Keramikplatte hat im allgemei­ nen eine Dicke von 100 bis 3000 µm und vorzugsweise von 400 bis 1500 µm. Es ist erwünscht, daß die Porosität bzw. das relative Porenvolumen der grünen Keramikplatte mindestens 5% und vor­ zugsweise mindestens 10% beträgt, damit ein hoher Schichtzu­ sammenhalt gewährleistet ist. Die maximale Porosität der grünen Keramikplatte beträgt vorzugsweise 50%, weil die Festigkeit der grünen Keramikplatte für eine geeignete Handhabung zu nied­ rig ist und die mechanische Festigkeit der durch Brennen der grünen Keramikplatte erhaltenen porösen Keramikstruktur ungenü­ gend ist, wenn die Porosität der grünen Keramikplatte 30% über­ schreitet. Die Porosität der grünen Keramikplatte wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:Using the slurry produced in this way mung is by a suitable method such. B. a Rakelmes water or knife application process or a calender roll process  a green ceramic plate is formed, which is a desired one Has thickness. The green ceramic plate formed is at room temperature temperature dried in air or at an elevated temperature forced dried. The green ceramic plate has in general NEN a thickness of 100 to 3000 microns and preferably from 400 to 1500 µm. It is desirable that the porosity or relative Pore volume of the green ceramic plate at least 5% and above is preferably at least 10% so that a high layer is added cohesion is guaranteed. The maximum porosity of the green Ceramic plate is preferably 50% because of the strength the green ceramic plate is too low for suitable handling rig and the mechanical strength of the by burning the green ceramic plate preserved porous ceramic structure inaccurate It is sufficient if the porosity of the green ceramic plate is over 30% steps. The porosity of the green ceramic plate is determined by expressed the following equation:

worin
V: Volumen der grünen Platte
v: Volumen jeder Komponente der grünen Platte
GD: scheinbare Dichte der grünen Platte
Ws: Masse der grünen Platte
Wc: Masse des Keramikpulvers
We: Masse des bei Anwendung von Hitze verschwindenden Pulvers
Wb: Masse des Bindemittels
Wp: Masse des Plastifizierungsmittels
ρc: Dichte des Keramikpulvers
ρe: Dichte des bei Anwendung von Hitze verschwindenden Pulvers
ρb: Dichte des Bindemittels
ρp: Dichte des Plastifizierungsmittels
wherein
V: volume of the green plate
v: volume of each component of the green plate
GD: apparent density of the green plate
Ws: mass of the green plate
Wc: mass of the ceramic powder
We: mass of the powder disappearing when heat is applied
Wb: mass of the binder
Wp: mass of plasticizer
ρc: density of the ceramic powder
ρe: density of the powder disappearing when heat is applied
ρb: density of the binder
ρp: density of plasticizer

Um eine poröse Keramikstruktur herzustellen, wird die grüne Ke­ ramikplatte in der bekannten Weise in der Atmosphäre oder in einer oxidierenden, reduzierenden oder inerten Atmosphäre gebrannt. Beim Brennprozeß wird das in der grünen Keramikplatte enthaltene Keramikpulver gesintert, während gleichzeitig der Ausbrennstoff und das Bindemittel (und das Plastifizierungsmittel) ausgebrannt werden. Auf diese Weise wird eine poröse Keramikstruktur erhalten, die ei­ ne Vielzahl von miteinander in Verbindung stehenden Poren oder Kanälen aufweist. Die auf diese Weise hergestellte poröse Kera­ mikstruktur hat im allgemeinen ein relatives Porenvolumen offe­ ner Poren von 20 bis 80% und vorzugsweise 30 bis 60%. Dieses relative Porenvolumen offener Poren kann leicht gesteuert wer­ den, indem die Menge des Ausbaustoffes und der Teilchendurchmesser DBET oder die 50-%-Teil­ chengröße DL; 50% des Keramikpulvers und des Ausbrennstoffes eingestellt werden.In order to produce a porous ceramic structure, the green ceramic plate is fired in the known manner in the atmosphere or in an oxidizing, reducing or inert atmosphere. In the firing process, the ceramic powder contained in the green ceramic plate is sintered, while at the same time the burnout material and the binder (and the plasticizer) are burned out. In this way, a porous ceramic structure is obtained which has a multiplicity of interconnected pores or channels. The porous ceramic structure produced in this way generally has a relative pore volume of open pores of 20 to 80% and preferably 30 to 60%. This relative pore volume of open pores can be easily controlled by changing the amount of the building material and the particle diameter D BET or the 50% particle size D L ; 50% of the ceramic powder and the burnout can be adjusted.

Die auf diese Weise hergestellte poröse Keramikstruktur hat ei­ ne verbesserte mechanische Festigkeit und findet verschiedene Anwendungen. Die poröse Keramikstruktur kann z. B. geeigneter­ weise als Keramikfilter, als Trennplatte oder Trennwand bzw. Membran in einer Brennstoffzelle und als poröse Schicht zum Schutz einer Elektrode eines Sauerstoffmeßfühlers oder eines anderen elektrochemischen Elements verwendet werden.The porous ceramic structure produced in this way has egg ne improved mechanical strength and finds various Applications. The porous ceramic structure can e.g. B. more suitable as a ceramic filter, as a partition plate or partition or Membrane in a fuel cell and as a porous layer for Protection of an electrode of an oxygen sensor or one other electrochemical element can be used.

Fig. 1 und 2 zeigen ein Beispiel für den grundlegenden Aufbau eines solchen elektrochemischen Elements in Form eines Sauer­ stoffmeßfühlers mit einer porösen Elektrodenschutzschicht. Fig. 1 and 2 show an example of the basic structure of such an electrochemical element in the form of an oxygen sensor with a porous electrode protective layer.

In diesen Figuren bezeichnet die Bezugszahl 10 einen Festelek­ trolytkörper, der Sauerstoffionenleitfähigkeit zeigt. Auf den entgegengesetzten Hauptoberflächen des Festelektrolytkörpers 10 sind eine Meßelektrode 12 und eine Vergleichselektrode 14 ge­ bildet. Auf der Hauptoberfläche des Festelektrolytkörpers 10, auf der die Vergleichselektrode 14 gebildet ist, sind ein Ver­ gleichsgaseinlaß-Abstandshalter 18 und eine Dichtungsschicht 20 derart gebildet, daß der Abstandshalter 18 zwischen dem Festelektrolytkörper 10 und der Dichtungsschicht 20 angeordnet ist. Der Abstandshalter 18 hat eine längliche, rechteckförmige Öffnung, und er wirkt derart mit dem Festelektrolytkörper 10 und mit der Dichtungsschicht 20 zusammen, daß ein Gaseinlaß­ durchgang 16 für die Verbindung der Vergleichselektrode 14 mit einem Vergleichsgas wie z. B. der Umgebungsluft abgegrenzt wird. Die Hauptoberfläche des Festelektrolytkörpers 10, auf der die Meßelektrode 12 gebildet ist, ist durch eine poröse Elektroden­ schutzschicht 22 bedeckt, die aus einer gemäß den vorstehenden Erläuterungen erzeugten grünen Keramikplatte hergestellt worden ist. Der Sauerstoffmeßfühler hat demnach eine Laminat- bzw. Schicht­ struktur. Der Festelektrolytkörper 10, die Meßelektrode 12, die Vergleichselektrode 14, der Abstandshalter 18 und die Dichtungs­ schicht 20 sind aus geeigneten Materialien, die den Fachleuten bekannt sind, gebildet.In these figures, reference numeral 10 denotes a solid electrolyte body which shows oxygen ion conductivity. On the opposite main surfaces of the solid electrolyte body 10 , a measuring electrode 12 and a comparison electrode 14 are formed ge. On the main surface of the solid electrolyte body 10 on which the comparison electrode 14 is formed, a comparative gas inlet spacer 18 and a sealing layer 20 are formed such that the spacer 18 is arranged between the solid electrolyte body 10 and the sealing layer 20 . The spacer 18 has an elongated, rectangular opening, and it interacts with the solid electrolyte body 10 and with the sealing layer 20 such that a gas inlet passage 16 for the connection of the comparison electrode 14 with a reference gas such as. B. the ambient air is delimited. The main surface of the solid electrolyte body 10 , on which the measuring electrode 12 is formed, is covered by a porous electrode protective layer 22 , which has been produced from a green ceramic plate produced according to the above explanations. The oxygen sensor therefore has a laminate or layer structure. The solid electrolyte body 10 , the measuring electrode 12 , the comparative electrode 14 , the spacer 18 and the sealing layer 20 are made of suitable materials known to those skilled in the art.

Beim Betrieb des so aufgebauten Sauerstoffmeßfühlers wird ein Meßgas wie z. B. ein Abgas bzw. Auspuffgas, das aus einem Ver­ brennungsmotor ausströmt, durch die Elektrodenschutzschicht 22 hindurch mit der Meßelektrode 12 in Berührung gebracht, während die Vergleichselektrode 14 der Umgebungsluft oder einem anderen Vergleichsgas, das eine bekannte Sauerstoffkonzentration hat, ausgesetzt wird. Zwischen der Meßelektrode 12 und der Ver­ gleichselektrode 14 wird nach dem Prinzip einer Sauerstoffkon­ zentrationszelle auf der Grundlage einer Differenz in der Sau­ erstoffkonzentration zwischen den Atmosphären, die die zwei Elektroden 12 und 14 berühren oder mit diesen in Verbindung stehen, eine elektromotorische Kraft induziert, die als Aus­ gangssignal des Meßfühlers angewandt wird, das die Sauerstoff­ konzentration des Meßgases wiedergibt.When operating the oxygen sensor thus constructed, a measuring gas such. B. an exhaust gas or exhaust gas, which flows out of an internal combustion engine, brought into contact with the measuring electrode 12 through the electrode protective layer 22 , while the reference electrode 14 is exposed to the ambient air or another reference gas which has a known oxygen concentration. Between the measuring electrode 12 and the Ver same electrode 14 is according to the principle of a Sauerstoffkon zentrationszelle on the basis of a difference in the sow erstoffkonzentration between the atmospheres, 12 and 14 contact or are connected to them, induced the two electrodes, an electromotive force, the is used as the output signal from the sensor, which reflects the oxygen concentration of the sample gas.

Da die Meßelektrode 12, die dem Meßgas ausgesetzt ist, durch die aus einer erfindungsgemäßen grünen Keramikplatte herge­ stellte poröse Elektrodenschutzschicht 22 bedeckt ist, ist die Elektrode 12 wirksam dagegen geschützt, daß sie den korrodierend wirken­ den Substanzen ausgesetzt wird, die in dem Meßgas vorhanden sind. Insbesondere kann die Meßelektrode 12 wegen der ausge­ zeichneten Formbarkeit und der hohen Laminierqualität der grü­ nen Keramikplatte mit einer beträchtlich größeren Dicke gebil­ det werden. Folglich kann die Länge der kleinen Kanäle, die durch die aus der grünen Platte gebildete Elektrodenschutzschicht 22 hin­ durch gebildet sind, vergrößert werden, so daß die korrodierend wirkenden Substanzen, die von dem Meßgas, das durch die kleinen Kanäle hindurchströmt, getragen werden, durch Adsorption oder Abscheidung an den Oberflächen der Wände, die die kleinen Kanä­ le abgrenzen, vollständig daran gehindert werden, die Elektrode 12 zu erreichen. Die Meßelektrode 12 wird infolgedessen gegen eine Verschlechterung durch solche korrodierend wirkende Sub­ stanzen vollkommen geschützt, so daß die aus einer solchen Ver­ schlechterung resultierenden Nachteile einer Änderung der Steu­ er- bzw. Arbeitspunkte des Meßfühlers, einer Verminderung des Ausgangssignals des Meßfühlers und einer Verschlechterung des Ansprechvermögens des Meßfühlers nicht auftreten. Der Meßfühler hat folglich eine in bedeutendem Maße verbesserte Haltbarkeit oder Lebenserwartung.Since the measuring electrode 12 , which is exposed to the measuring gas, is covered by the porous electrode protective layer 22 made from a green ceramic plate according to the invention, the electrode 12 is effectively protected against exposure to the corrosive effects of the substances present in the measuring gas . In particular, the measuring electrode 12 can be formed with a considerably greater thickness because of the excellent formability and the high lamination quality of the green ceramic plate. As a result, the length of the small channels formed by the electrode protection layer 22 formed by the green plate can be increased, so that the corrosive substances carried by the measurement gas flowing through the small channels are adsorbed or deposition on the surfaces of the walls defining the small channels are completely prevented from reaching the electrode 12 . The measuring electrode 12 is consequently completely protected against deterioration by such corrosive substances, so that the disadvantages resulting from such a deterioration of a change in the control or operating points of the sensor, a reduction in the output signal of the sensor and a deterioration in the response of the sensor does not occur. The probe consequently has a significantly improved durability or life expectancy.

Bei der Herstellung eines in der vorstehend beschriebenen Wei­ se aufgebauten Sauerstoffmeßfühlers wird auf einen ungebrannten Festelektrolytkörper (10), der eine Dicke von 100 µm bis 1 mm hat und aus einem bekannten Festelektrolytmaterial gebildet ist, durch ein geeignetes bekanntes Verfahren ein ungebranntes Material für die Elektroden 12, 14 aufgebracht. Das Material für die Elektroden 12, 14 ist bekannt, beispielsweise ein elek­ trisch leitendes Metall wie z. B. Platin, Palladium oder Rhodium oder eine cermetbildende Mischung aus einem solchen elektrisch leitenden Metall und einem Keramikpulver wie z. B. Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid. Die Art und Weise, in der das Elektroden­ material aufgebracht wird, wird aus den bekannten Verfahren wie z. B. Siebdruck, Übertragung bzw. Abziehen, Sprühen bzw. Sprit­ zen und Beschichten bzw. Auftragen ausgewählt. Das aufgebrachte Elektrodenmaterial kann eine Dicke von 3 µm bis 30 µm haben. Dann wird auf einer der entgegengesetzten Hauptoberflächen des ungebrannten Festelektrolytkörpers (10) ein ungebranntes Mate­ rial für die Elektrodenschutzschicht 22, d. h., eine grüne Keramikplatte, gebildet. Bei dieser Ausführungs­ form wird die grüne Keramikplatte derart gebildet, daß sie min­ destens die ungebrannte Meßelektrode (12) bedeckt. Ferner wer­ den auf der anderen Hauptoberfläche des ungebrannten Festelek­ trolytkörpers (10) unter Verwendung eines bekannten Materials, das dem Material des Festelektrolytkörpers 10 im allgemeinen ähnlich ist, ungebrannte Schichten für den Vergleichsgaseinlaß- Abstandshalter 18 und die Dichtungsschicht 20 gebildet. Die ungebrannten Schichten für den Festelektrolytkörper 10, für die Elektroden 12, 14, für die Elektrodenschutzschicht 22, für den Abstandshalter 18 und für die Dichtungsschicht 20 werden ge­ meinsam gebrannt, wodurch eine gebrannte Schichtstruktur in Form des Sauerstoffmeßfühlers hergestellt wird.In the manufacture of an oxygen sensor constructed in the manner described above, an unfired material for the electrodes is applied to an unfired solid electrolyte body ( 10 ) which has a thickness of 100 μm to 1 mm and is formed from a known solid electrolyte material by a suitable known method 12 , 14 applied. The material for the electrodes 12 , 14 is known, for example an electrically conductive metal such as. B. platinum, palladium or rhodium or a cermet-forming mixture of such an electrically conductive metal and a ceramic powder such as. B. alumina and zirconia. The way in which the electrode material is applied is known from the known methods such. B. screen printing, transfer or peeling, spraying or spraying and coating or application selected. The applied electrode material can have a thickness of 3 µm to 30 µm. Then, an unfired material for the electrode protective layer 22 , ie, a green ceramic plate, is formed on one of the opposite major surfaces of the unfired solid electrolyte body ( 10 ). In this embodiment, the green ceramic plate is formed in such a way that it covers at least the unfired measuring electrode ( 12 ). Further, who formed on the other major surface of the unfired solid electrolyte body ( 10 ) using a known material that is similar to the material of the solid electrolyte body 10 in general, unfired layers for the reference gas inlet spacer 18 and the sealing layer 20 . The unfired layers for the solid electrolyte body 10 , for the electrodes 12 , 14 , for the electrode protective layer 22 , for the spacer 18 and for the sealing layer 20 are baked together, whereby a baked layer structure in the form of the oxygen sensor is produced.

Derselbe Sauerstoffmeßfühler kann in einer alternativen Weise hergestellt werden, wie nachstehend beschrieben wird. D.h., die ungebrannten Schichten für den Festelektrolytkörper 10 und die Elektroden 12, 14 und nötigenfalls die ungebrannten Schichten für den Abstandshalter 18 und die Dichtungsschicht 20 werden zuerst gebrannt, wodurch eine gebrannte Struktur erhalten wird. Dann wird die grüne Keramikplatte für die Elektrodenschutz­ schicht 22 derart gebildet, daß sie die gebrannte Meßelektrode 12 bedeckt, und gebrannt, um die Elektrodenschutzschicht 22 zu bilden. Bei einem weiteren alternativen Verfahren zur Herstel­ lung des Sauerstoffmeßfühlers werden auf dem ungebrannten Fest­ elektrolytkörper (10) die ungebrannten Schichten für die Ver­ gleichselektrode 14, für den Abstandshalter 18 und für die Dich­ tungsschicht 20 gebildet. Nachdem die erhaltene ungebrannte Struktur gebrannt worden ist, werden auf der gebrannten Struk­ tur die ungebrannte Schicht für die Meßelektrode 12 und die grüne Keramikplatte für die Elektrodenschutzschicht 22 gebildet und die ungebrannte Elektrodenschicht (12) und die grüne Keramikplatte werden gebrannt.The same oxygen sensor can be made in an alternative manner as described below. That is, the unfired layers for the solid electrolyte body 10 and the electrodes 12 , 14 and, if necessary, the unfired layers for the spacer 18 and the sealing layer 20 are fired first, whereby a fired structure is obtained. Then, the ceramic green sheet is used for the electrode protection layer 22 so formed as to fired to form the fired measurement electrode 12 is covered, and the electrode protective layer 22nd In a further alternative method for the produc- tion of the oxygen sensor, the unfired layers for the comparing electrode 14 , for the spacer 18 and for the sealing layer 20 are formed on the unfired solid electrolyte body ( 10 ). After the obtained unfired structure has been fired, the unfired layer for the measuring electrode 12 and the green ceramic plate for the electrode protective layer 22 are formed on the fired structure, and the unfired electrode layer ( 12 ) and the green ceramic plate are fired.

Der Sauerstoffmeßfühler kann auch folgendermaßen hergestellt werden. Anfänglich werden auf dem gebrannten Festelektrolytkör­ per 10 die ungebrannten Elektroden (12, 14) gebildet, und die grüne Keramikplatte für die Elektrodenschutzschicht 22 wird derart gebil­ det, daß sie die ungebrannte Meßelektrode (12) bedeckt. Ferner werden auf dem gebrannten Festelektrolytkörper 10 der unge­ brannte Abstandshalter (18) und die ungebrannte Dichtungs­ schicht (20) gebildet. Dann werden die ungebrannten Schichten (12, 14, 18, 20, 22) gemeinsam gebrannt, um den Sauerstoffmeß­ fühler herzustellen. Bei dem vorliegenden Verfahren können zur Bildung der ungebrannten Elektroden (12, 14) auf dem gebrann­ ten Festelektrolytkörper 10 die Zerstäubung, das stromlose Gal­ vanisieren oder die Vakuumaufdampfung sowie die vorstehend be­ schriebenen Verfahren angewandt werden. Wenn die Zerstäubung, das stromlose Galvanisieren oder die Vakuumaufdampfung durch­ geführt wird, können die ungebrannten Elektroden (12, 14) mit einer Dicke von 0,3 bis 5 µm gebildet werden.The oxygen sensor can also be made as follows. Initially, the unfired electrodes ( 12 , 14 ) are formed on the fired solid electrolyte body by 10 , and the green ceramic plate for the electrode protective layer 22 is formed such that it covers the unfired measuring electrode ( 12 ). Furthermore, the unburned spacer ( 18 ) and the unfired sealing layer ( 20 ) are formed on the fired solid electrolyte body 10 . Then the unfired layers ( 12 , 14 , 18 , 20 , 22 ) are fired together to produce the oxygen sensor. In the present method, the sputtering, electroless galvanizing or vacuum evaporation and the methods described above can be used to form the unfired electrodes ( 12 , 14 ) on the fired solid electrolyte body 10 . If the atomization, electroless plating or vacuum evaporation is carried out, the unfired electrodes ( 12 , 14 ) can be formed with a thickness of 0.3 to 5 µm.

Zur Verbesserung der Integrität bzw. des Zusammenhalts zwischen der Elektrodenschutzschicht 22 und dem Festelektrolytkörper 10 ist es erwünscht, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient der in dem erfindungsgemäßen Sauerstoffmeßfühler gebildeten Elektroden­ schutzschicht 22 im wesentlichen denselben Wert wie der Wärme­ ausdehnungskoeffizient des Festelektrolytkörpers 10, der als Substrat für die Schicht 22 dient, oder einen in dessen Nähe liegenden Wert hat. Zu diesem Zweck ist das Keramikpulver für die grüne Keramikplatte, die zur Herstellung der Elektroden­ schutzschicht 22 dient, vorzugsweise dasselbe wie das Material für den Festelektrolytkörper 10. Die Elektrodenschutzschicht 22 wird insbesondere aus einem vollständig stabilisierten Zir­ koniumdioxid gebildet, das hauptsächlich aus einer kubischen Kristallphase besteht, während der Festelektrolytkörper 10 aus einem partiell stabilisierten Zirkoniumdioxid gebildet wird. In diesem Fall sind die Hitzebeständigkeit der Elektrodenschutzschicht 22 und die Festigkeit des Festelektrolytkörpers 10 verträglich und sind beide verbessert.To improve the integrity or cohesion between the electrode protective layer 22 and the solid electrolyte body 10 , it is desirable that the thermal expansion coefficient of the electrode protective layer 22 formed in the oxygen sensor according to the invention is substantially the same value as the thermal expansion coefficient of the solid electrolyte body 10 , which acts as the substrate for the layer 22 serves, or has a value close to it. For this purpose, the ceramic powder for the green ceramic plate, which is used to produce the protective electrode layer 22 , is preferably the same as the material for the solid electrolyte body 10 . The electrode protective layer 22 is formed in particular from a completely stabilized zirconium dioxide, which mainly consists of a cubic crystal phase, while the solid electrolyte body 10 is formed from a partially stabilized zirconium dioxide. In this case, the heat resistance of the electrode protective layer 22 and the strength of the solid electrolyte body 10 are compatible and both are improved.

Während durch die Verwendung des Ausbrennstoffes, der bei einer erhöhten Temperatur ver­ schwindet, in der porösen Elektrodenschutzschicht 22 oder durch diese hindurch verhältnismäßig große Poren oder Kanäle gebildet werden, ist es vorteilhaft, zusätzlich zu solchen verhältnis­ mäßig großen Poren oder Kanälen kleinere Poren oder Kanäle zu bilden, indem die grüne Keramikplatte für die Elektrodenschutzschicht 22 aus einer Mischung gebildet wird, die einen niedrigeren Grad der Sinterfähigkeit hat als das Material des Festelektrolytkör­ pers 10. In diesem Fall werden durch gemeinsames Brennen der ungebrannten Elektrodenschutzschicht (22) und des ungebrannten Festelek­ trolytkörpers (10) die verhältnismäßig großen Poren und die ver­ hältnismäßig kleinen Poren gebildet.While relatively large pores or channels are formed in the porous electrode protective layer 22 or through the use of the burnout material, which disappears at an elevated temperature, it is advantageous to add smaller pores or channels to such relatively large pores or channels form by forming the green ceramic plate for the electrode protective layer 22 from a mixture which has a lower degree of sinterability than the material of the solid electrolytic body 10 . In this case, the relatively large pores and the relatively small pores are formed by jointly burning the unfired electrode protective layer ( 22 ) and the unfired solid electrolyte body ( 10 ).

Die Elektrodenschutzschicht 22 kann statt aus einer einzigen Schicht aus mindestens zwei bzw. einer Vielzahl von Unterschichten beste­ hen. Ferner kann zwischen der Elektrodenschutzschicht 22 und der Meßelektrode 12 eine zweite poröse Schicht angeordnet sein, deren Porosität und Porengröße von denen der Elektrodenschutzschicht 22 verschieden sind. Die Porosität der zweiten Schutzschicht kann höher oder niedri­ ger sein als die Porosität der Elektrodenschutzschicht 22 der Erfindung.The electrode protective layer 22 may consist of at least two or a plurality of sublayers instead of a single layer. Furthermore, a second porous layer can be arranged between the electrode protection layer 22 and the measuring electrode 12 , the porosity and pore size of which are different from those of the electrode protection layer 22 . The porosity of the second protective layer may be higher or lower than the porosity of the electrode protective layer 22 of the invention.

Die Erfindung ist zwar für den Fall ihrer Anwendung auf einen Sauerstoffmeßfühler mit einer typischen grundlegenden baulichen Anordnung als elektrochemisches Element beschrieben worden, je­ doch versteht sich, daß das Prinzip der Erfindung gleichermaßen auf die anderen Arten bekannter Sauerstoffmeßfühler mit unter­ schiedlichen baulichen Anordnungen und auf die anderen elektro­ chemischen Elemente angewandt werden kann.The invention is true for the case of its application to one Oxygen sensor with a typical basic structural Arrangement has been described as an electrochemical element, each however, it is understood that the principle of the invention is alike on the other types of known oxygen sensors with under different structural arrangements and on the other electro chemical elements can be applied.

Das elektrochemische Element, zu dessen Herstellung die zuvor beschriebene grüne Keramikplatte verwendet wird, kann beispiels­ weise mit einer geeigneten Heizeinrichtung zum Aufrechterhalten einer optimalen Betriebstemperatur des Elementes ausgestattet sein. In diesem Fall kann die Heizeinrichtung entweder in dem elektrochemischen Element eingebaut oder untergebracht oder ein separates Heizelement sein, das an dem elektrochemischen Ele­ ment angebracht ist.The electrochemical element, for the manufacture of which the previous described green ceramic plate is used, for example with an appropriate heater to maintain an optimal operating temperature of the element his. In this case, the heater can either in the electrochemical element installed or housed or a separate heating element that is connected to the electrochemical ele ment is appropriate.

Der in Fig. 1 und 2 veranschaulichte Sauerstoffmeßfühler hat zwar einen im allgemeinen länglichen, planaren Aufbau, jedoch kann die Erfindung auf ein elektrochemisches Element angewandt werden, das einen anderen Aufbau oder eine andere Gestalt hat, beispielsweise eine rohrförmige oder eine zylindrische Gestalt, wie sie auf dem Fachgebiet bekannt sind. Der veranschaulich­ te Sauerstoffmeßfühler weist nur eine einzige elektrochemische Zelle auf, die aus dem Festelektrolytkörper 10 und aus den zwei Elektroden 12, 14 besteht. Die Erfindung ist jedoch auf einen elektrochemischen Meßfühler anwendbar, der mehr als eine elek­ trochemische Zelle aufweist, beispielsweise eine elektrochemi­ sche Sauerstoff-Pumpzelle und eine elektrochemische Sauerstoff-Meß­ zelle, wie es in der EP-A1 0 144 185, die zu der JP-OS 60- 108 745 der ungeprüften JP-Patentanmeldung 58-218 399 korres­ pondiert, offenbart ist.While the oxygen sensor illustrated in Figs. 1 and 2 has a generally elongated, planar structure, the invention can be applied to an electrochemical element having a different structure or shape, such as a tubular or a cylindrical shape as shown are known in the art. The illustrated oxygen sensor has only a single electrochemical cell, which consists of the solid electrolyte body 10 and the two electrodes 12 , 14 . However, the invention is applicable to an electrochemical sensor which has more than one electrochemical cell, for example an electrochemical oxygen pump cell and an electrochemical oxygen measuring cell, as described in EP-A1 0 144 185, which relates to JP OS 60-108 745 of the unexamined JP patent application 58-218 399 correspondingly disclosed.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung werden nachstehend ei­ nige derzeit bevorzugte Beispiele der Erfindung beschrieben.To further explain the invention, ei Some currently preferred examples of the invention are described.

Referenzbeispiel 1Reference example 1

In eine Topfmühle, bei der Zirkoniumdioxidkugeln (Durchmesser: 10 mm) verwendet wurden, wurden 75 Masseteile partiell stabili­ siertes Zirkoniumdioxidpulver (ZrO₂-Pulver), 25 Masseteile Theo­ brominpulver, 10 Masseteile Polyvinylbutyralharz, 6 Masseteile Dibutylphthalat und 90 Masseteile einer Lösungsmittelmischung aus Toluol und 2-Propanol eingeführt. Die eingeführten Materia­ lien wurden in der Mühle 10 h lang vermischt, und die Mischung wurde durch ein Sieb hindurchgehen gelassen, wodurch eine Auf­ schlämmung mit einer Viskosität von 20,0 Pa·s hergestellt wurde. Das Zirkoniumdioxidpulver hatte einen Teilchendurchmesser DBET von 0,08 µm und bestand aus 93 Mol% ZrO₂, 7 Mol% Y₂O₃ und 0,5 Masse% Ton. Das Zirkoniumdioxidpulver hatte eine Dichte ρc von 6 g/cm³. Das Theobrominpulver hatte einen Teilchendurchmesser DBET von 4 µm und eine Dichte ρe von 1,4 g/cm³. Das Polyvinyl­ butyralharz und das Dibutylphthalat hatten Dichten ρb, ρp von etwa 1 g/cm³. Die Lösungsmittelmischung bestand aus 1 Masseteil Toluol und 1 Masseteil 2-Propanol.In a pot mill in which zirconium dioxide balls (diameter: 10 mm) were used, 75 parts by weight of partially stabilized zirconium dioxide powder (ZrO₂ powder), 25 parts by weight of theobromine powder, 10 parts by weight of polyvinyl butyral resin, 6 parts by weight of dibutyl phthalate and 90 parts by weight of a solvent mixture of toluene -Propanol introduced. The introduced materials were mixed in the mill for 10 hours and the mixture was passed through a sieve, whereby a slurry having a viscosity of 20.0 Pa · s was produced. The zirconium dioxide powder had a particle diameter D BET of 0.08 µm and consisted of 93 mol% ZrO₂, 7 mol% Y₂O₃ and 0.5 mass% clay. The zirconia powder had a density ρc of 6 g / cm³. The theobromine powder had a particle diameter D BET of 4 µm and a density ρe of 1.4 g / cm³. The polyvinyl butyral resin and the dibutyl phthalate had densities ρb, ρp of about 1 g / cm³. The solvent mixture consisted of 1 part by weight of toluene and 1 part by weight of 2-propanol.

Unter Verwendung der erhaltenen Aufschlämmung wurde durch ein Rakelmesser- bzw. Rakelauftragverfahren eine grüne ZrO₂-Platte (grüne Keramikplatte) gebildet. Dann wurde die grüne Platte 2 h lang bei 100°C getrocknet; ihre Dicke be­ trug nach dem Trocknen 600 µm. Die gebildete grüne Zirkonium­ dioxidplatte hatte eine scheinbare Dichte GD (Gründichte) von 2,12 g/cm³ und eine nach der vorstehend angegebenen Gleichung berechnete Porosität von 15%.Using the slurry obtained was by a Doctor knife or doctor application method one green ZrO₂ plate (green ceramic plate) formed. Then was the green plate dried at 100 ° C for 2 hours; their thickness be wore 600 µm after drying. The formed green zirconium dioxide plate had an apparent density GD (green density) of 2.12 g / cm³ and one according to the equation given above calculated porosity of 15%.

Die getrocknete grüne ZrO₂-Platte wurde 2 h lang bei 1400°C in der Atmosphäre gebrannt, wodurch eine poröse Keramikplatte hergestellt wurde. Die Keramikplatte hatte ein relatives Poren­ volumen offener Poren von 55% und zeigte eine hohe mechanische Festigkeit, und das Ausmaß der bei der Keramikplatte durch das Brennen hervorgerufenen Verwölbung war gering.The dried green ZrO₂ plate was at 1400 ° C for 2 hours burned in the atmosphere, creating a porous ceramic plate was produced. The ceramic plate had a relative pore  volume of open pores of 55% and showed a high mechanical Strength, and the extent of the ceramic plate by the Burning warpage was slight.

Referenzbeispiel 2Reference example 2

In eine Topfmühle, bei der Aluminiumoxidkugeln (Durchmesser: 10 mm) verwendet wurden, wurden 80 Masseteile Aluminiumoxidpulver (Al₂O₃-Pulver) (Dichte ρc = 4 g/cm³), 20 Masseteile Stärkepul­ ver (Dichte ρe = 1,4 g/cm³), 12 Masseteile Polybutylmethacrylat (Dichte ρb = etwa 1 g/cm³), 4 Masseteile Dioctylphthalat (Dich­ te ρp = etwa 1 g/cm³) und 70 Masseteile Toluol eingeführt. Die eingeführten Materialien wurden in der Mühle 10 h lang ver­ mischt, und die Mischung wurde durch ein Sieb hindurchgehen ge­ lassen, wodurch eine Aufschlämmung mit einer Viskosität von 10,0 Pa·s hergestellt wurde. Das Aluminiumoxidpulver hatte ei­ nen Teilchendurchmesser DBET von 0,1 µm und eine Reinheit von mindestens 99,9%. Das Stärkepulver hatte einen Teilchendurch­ messer DBET von 3 µm.In a pot mill in which aluminum oxide balls (diameter: 10 mm) were used, 80 parts by weight of aluminum oxide powder (Al₂O₃ powder) (density ρc = 4 g / cm³), 20 parts by weight of starch powder (density ρe = 1.4 g / cm³) , 12 parts by weight of polybutyl methacrylate (density ρb = about 1 g / cm³), 4 parts by weight of dioctyl phthalate (density ρp = about 1 g / cm³) and 70 parts by weight of toluene. The introduced materials were mixed in the mill for 10 hours and the mixture was passed through a sieve to produce a slurry having a viscosity of 10.0 Pa · s. The alumina powder had a particle diameter D BET of 0.1 µm and a purity of at least 99.9%. The starch powder had a particle diameter D BET of 3 µm.

Unter Verwendung der erhaltenen Aufschlämmung wurde durch ein Rakelmesser- bzw. Rakelauftragverfahren eine grüne Aluminiumoxidplatte (grüne Keramikplatte) gebildet. Dann wurde die grüne Platte 3 h lang bei 100°C getrocknet; ihre Dicke betrug nach dem Trocknen 1 mm. Die gebildete grüne Alu­ miniumoxidplatte hatte eine scheinbare Dichte GD von 1,96 g/cm³ und eine Porosität von 15%.Using the slurry obtained was by a Doctor knife or doctor application method one green aluminum oxide plate (green ceramic plate) formed. Then the green plate was dried at 100 ° C for 3 hours; your Thickness after drying was 1 mm. The green aluminum formed Minia plate had an apparent density GD of 1.96 g / cm³ and a porosity of 15%.

Die getrocknete grüne Keramikplatte wurde 2 h lang bei 1400°C in der Atmosphäre gebrannt, wodurch eine poröse Keramik­ platte hergestellt wurde. Die Keramikplatte hatte ein relatives Porenvolumen offener Poren von 40% und zeigte eine hohe mecha­ nische Festigkeit, und das Ausmaß der bei der Keramikplatte durch das Brennen hervorgerufenen Verwölbung war gering.The dried green ceramic plate was at 1400 ° C for 2 hours burned in the atmosphere, creating a porous ceramic plate was made. The ceramic plate had a relative one Pore volume of open pores of 40% and showed a high mecha strength, and the extent of the ceramic plate warping caused by the burning was slight.

Referenzbeispiel 3Reference example 3

In dieselbe Topfmühle, die in Beispiel 1 angewandt wurde, wur­ den 70 Masseteile vollständig stabilisiertes Zirkoniumdioxid­ pulver (ZrO₂-Pulver) (Dichte ρc = 6 g/cm³), 30 Masseteile Gra­ phitpulver (Dichte ρe = 2,2 g/cm³), 13 Masseteile Polyvinylbu­ tyralharz (Dichte ρb = 1 g/cm³), 6 Masseteile Dibutylphthalat (Dichte ρp = 1 g/cm³) und 110 Masseteile einer Lösungsmittelmi­ schung aus Toluol und Ethanol eingeführt. Die eingeführten Ma­ terialien wurden in der Mühle 10 h lang vermischt, und die Mi­ schung wurde durch ein Sieb hindurchgehen gelassen, wodurch ei­ ne Aufschlämmung mit einer Viskosität von 5,0 Pa·s hergestellt wurde. Das Zirkoniumdioxidpulver hatte einen Teilchendurchmes­ ser DBET von 0,04 µm und bestand aus 92 Mol% ZrO₂, 8 Mol% Y₂O₃ und 1 Masse% Kaolin. Das Graphitpulver hatte eine 50-%-Teil­ chengröße DL; 50% von 2 µm.In the same pot mill used in Example 1, 70 parts by weight of fully stabilized zirconium dioxide powder (ZrO₂ powder) (density ρc = 6 g / cm³), 30 parts by weight of graphite powder (density ρe = 2.2 g / cm³), 13 parts by weight of polyvinyl tyral resin (density ρb = 1 g / cm³), 6 parts by weight of dibutyl phthalate (density ρp = 1 g / cm³) and 110 parts by weight of a solvent mixture of toluene and ethanol were introduced. The introduced materials were mixed in the mill for 10 hours, and the mixture was passed through a sieve, whereby a slurry with a viscosity of 5.0 Pa · s was produced. The zirconia powder had a particle diameter D BET of 0.04 µm and consisted of 92 mol% ZrO₂, 8 mol% Y₂O₃ and 1 mass% kaolin. The graphite powder had a 50% particle size D L ; 50% of 2 µm.

Unter Verwendung der erhaltenen Aufschlämmung wurde durch ein Rakelmesser- bzw. Rakelauftragverfahren eine grüne Zirkoniumdioxidplatte (grüne Keramikplatte) gebildet. Dann wurde die grüne Platte 1 h lang bei 100°C getrocknet; ih­ re Dicke betrug nach dem Trocknen 400 µm. Die gebildete grüne Zirkoniumdioxidplatte hatte eine scheinbare Dichte GD von 1,95 g/cm³ und eine nach der vorstehend angegebenen Gleichung be­ rechnete Porosität von 27%.Using the slurry obtained was by a Doctor knife or doctor application method one green zirconia plate (green ceramic plate) formed. Then the green plate was dried at 100 ° C for 1 hour; ih After drying, the thickness was 400 μm. The green formed Zirconia plate had an apparent density GD of 1.95 g / cm³ and be according to the equation given above calculated porosity of 27%.

Die getrocknete grüne Keramikplatte wurde 2 h lang bei 1400°C in der Atmosphäre gebrannt, wodurch eine poröse Keramik­ platte hergestellt wurde. Die Keramikplatte hatte ein relatives Porenvolumen offener Poren von 50% und zeigte eine hohe mecha­ nische Festigkeit, und das Ausmaß der bei der Keramikplatte durch das Brennen hervorgerufenen Verwölbung war gering.The dried green ceramic plate was at 1400 ° C for 2 hours burned in the atmosphere, creating a porous ceramic plate was made. The ceramic plate had a relative one Pore volume of open pores of 50% and showed a high mecha strength, and the extent of the ceramic plate warping caused by the burning was slight.

Referenzbeispiel 4Reference example 4

Grüne Keramikplatten mit einer Dicke von 500 µm wurden als Proben Nr. 1 bis 7 in derselben Weise wie in Beispiel 1 herge­ stellt, wobei die folgenden Bestandteile verwendet wurden: ein Zirkoniumdioxidpulver (ZrO₂-Pulver) (ρc = 6 g/cm³), das 7 Mol% Y₂O₃ enthielt, als Keramikpulver; Theobromin (ρe = 1,4 g/cm³) als Ausbrennstoff; Polybutyl­ methacrylat (ρb = etwa 1 g/cm³) als Bindemittel und Dioctyl­ phthalat (ρp = etwa 1 g/cm³) als Plastifizierungsmittel. Tabel­ le 1 zeigt den Teilchendurchmesser DBET des Keramikpulvers je­ der Probe und den Gehalt (Masseteile) der Bestandteile jeder Probe. Green ceramic plates with a thickness of 500 µm were prepared as Sample Nos. 1 to 7 in the same manner as in Example 1 using the following ingredients: a zirconia powder (ZrO₂ powder) (ρc = 6 g / cm³) which 7 mol% Y₂O₃ contained, as a ceramic powder; Theobromine (ρe = 1.4 g / cm³) as burnout; Polybutyl methacrylate (ρb = about 1 g / cm³) as a binder and dioctyl phthalate (ρp = about 1 g / cm³) as a plasticizer. Table 1 shows the particle diameter D BET of the ceramic powder per sample and the content (parts by mass) of the constituents of each sample.

Bei den hergestellten Proben wurden die Formbarkeit, die schein­ bare Dichte (GD) und die Porosität (%) bewertet oder gemessen. Die Ergebnisse der Bewertung und die Meßergebnisse sind in Ta­ belle 2 gezeigt. Die grünen Probenplatten wurden jeweils mit grünen ZrO₂-Festelektrolytplatten 2 h lang in der Atmosphäre bei 1350°C gebrannt, und bei den erhaltenen porösen Platten wurden der Schichtzusammenhalt mit der Festelektrolytplatte, das Auf­ treten einer Verwölbung nach dem Sintern, das relative Porenvo­ lumen offener Poren und die mechanische Festigkeit bewertet oder gemessen. Die Ergebnisse der Bewertung und die Meßergeb­ nisse sind ebenfalls in Tabelle 2 gezeigt.The formability, the apparent apparent density (GD) and porosity (%) assessed or measured. The results of the evaluation and the measurement results are in Ta belle 2 shown. The green sample plates were each with green ZrO₂ solid electrolyte plates in the atmosphere for 2 hours Fired 1350 ° C, and were obtained in the porous plates the layer cohesion with the solid electrolyte plate, the opening occur a warp after sintering, the relative pore volume lumen of open pores and mechanical strength rated or measured. The results of the evaluation and the measurement results nisse are also shown in Table 2.

Tabelle 1 Table 1

Tabelle 2 Table 2

Aus Tabellen 1 und 2 geht hervor, daß die Proben Nr. 1 bis 3, bei denen Keramikpulver, deren Teilchendurchmesser DBET in dem Bereich von 0,02 bis 0,5 µm lag, und Ausbrennpulver, deren Teilchendurchmesser DBET minde­ stens 0,4 µm betrug, verwendet wurden, hinsichtlich der Form­ barkeit der grünen Keramikplatten, des Schichtzusammenhalts zwi­ schen der gebrannten porösen Platte und der gebrannten Fest­ elektrolytplatte und des Fehlens einer Verwölbung nach dem Sin­ tern und der mechanischen Festigkeit der porösen Platte ausge­ zeichnete Ergebnisse zeigten. Andererseits zeigte die Probe Nr. 4, bei der der Teilchendurchmesser DBET des Ausbrennstoffes weniger als 0,4 µm betrug, eine schlechte Formbarkeit, und die Probe Nr. 5, bei der größere Mengen von Bindemittel und Plastifizierungsmittel verwendet wurden, um die Formbarkeit zu verbessern, zeigte einen schlech­ ten Schichtzusammenhalt zwischen der gebrannten porösen Platte und der gebrannten Festelektrolytplatte. Ferner zeigte die Pro­ be Nr. 6, bei der kein Ausbrennstoff verwendet wurde und bei der übermäßig große Mengen von Bindemittel und Plastifizierungsmittel verwendet wurden, ein beträchtliches Ausmaß der Verwölbung nach dem Sintern, eine verminderte mechanische Festigkeit und einen schlechten Schicht­ zusammenhalt. Die Probe Nr. 7, bei der ein Keramikpulver ver­ wendet wurde, dessen Teilchendurchmesser DBET größer als 0,5 µm war, zeigte eine niedrige Porosität der gebrannten porösen Plat­ te und eine niedrige mechanische Festigkeit.Tables 1 and 2 show that Samples Nos. 1 to 3, in which ceramic powder whose particle diameter D BET was in the range from 0.02 to 0.5 μm, and burn-out powder whose particle diameter D BET was at least 0, 4 µm, were used, with respect to the formability of the green ceramic plates, the layer cohesion between the fired porous plate and the fired solid electrolyte plate and the absence of warping after sintering and the mechanical strength of the porous plate showed excellent results. On the other hand, Sample No. 4, in which the burnout particle diameter D BET was less than 0.4 µm, showed poor moldability, and Sample No. 5, in which larger amounts of binder and plasticizer were used, to improve moldability improve, showed poor layer cohesion between the fired porous plate and the fired solid electrolyte plate. In addition, Sample No. 6, in which no burnout was used and in which excessive amounts of binder and plasticizer were used, showed a considerable amount of warpage after sintering, reduced mechanical strength and poor layer retention. Sample No. 7, using a ceramic powder whose particle diameter D BET was larger than 0.5 µm, showed low porosity of the fired porous plate and low mechanical strength.

Beispiel 1example 1

Eine grüne ZrO₂-Platte mit einer Dicke von 500 µm wurde aus ei­ ner Mischung hergestellt, die aus 100 Masseteilen Keramikpulver (96 Mol% ZrO₂, 4 Mol% Y₂O₃), 3 Masseteilen Ton als Sinterhilfs­ mittel, 12 Masseteilen Polyvinylbutyralharz als Bindemittel und 5 Masseteilen Dibutylphthalat als Plastifizierungsmittel bestand.A green ZrO₂ plate with a thickness of 500 microns was from egg ner mixture made of 100 parts by weight of ceramic powder (96 mol% ZrO₂, 4 mol% Y₂O₃), 3 parts by weight of clay as a sintering aid medium, 12 parts by weight of polyvinyl butyral resin as a binder and 5 parts by weight of dibutyl phthalate as a plasticizer duration.

Die auf diese Weise hergestellte grüne Platte wurde als unge­ brannter Festelektrolytkörper (10) verwendet, um einen Sauer­ stoffmeßfühler herzustellen, wie er in Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Auf den entgegengesetzten Hauptoberflächen des ungebrannten Festelektrolytkörpers (10) wurden zwei ungebrannte Elektroden (12, 14) gebildet, indem durch Siebdruck eine elektrisch lei­ tende Paste aufgebracht wurde, die aus 80 Masseteilen Platin­ pulver und 20 Masseteilen eines 4 Mol% Y₂O₃ enthaltenden ZrO₂ Pulvers bestand. Die aufgebrachte Paste wurde 20 min lang bei 100°C getrocknet.The green plate thus prepared was used as an unburned solid electrolyte body ( 10 ) to manufacture an oxygen sensor as shown in FIGS . 1 and 2. On the opposite main surfaces of the unfired solid electrolyte body ( 10 ), two unfired electrodes ( 12 , 14 ) were formed by applying an electrically conductive paste by screen printing, which consisted of 80 parts by weight of platinum powder and 20 parts by weight of a 4 mol% Y₂O₃-containing ZrO₂ powder . The applied paste was dried at 100 ° C for 20 minutes.

Auf einer der Hauptoberflächen des ungebrannten Festelektrolyt­ körpers (10), auf der die ungebrannte Elektrode (12) gebildet worden war, wurde eine grüne Keramikplatte, wie sie in Referenzbei­ spiel 1 hergestellt wurde, gebildet, um die Elektrodenschutz­ schicht 22 herzustellen. Ferner wurden auf der anderen Oberflä­ che des ungebrannten Festelektrolytkörpers grüne ZrO₂-Platten, die dem ungebrannten Festelektrolytkörper (10) ähnlich waren, gebildet, um den Vergleichsgaseinlaß-Abstandshalter 18 und die Dichtungsschicht 20 herzustellen. Die so aufeinandergeschich­ teten bzw. laminierten ungebrannten Schichten wurden unter Druck und Hitze zusammengepreßt, wodurch eine ungebrannte Schichtstruktur erhalten wurde. Diese Schichtstruktur wurde dann 2 h lang bei 1400°C in der Atmosphäre gebrannt. Auf die­ se Weise wurde der Sauerstoffmeßfühler (elektrochemisches Ele­ ment) von Fig. 1 und 2 mit der Elektrodenschutzschicht 22, die eine hohe Haftung an dem Festelektrolytkörper 10 zeigte, herge­ stellt. Die Elektrodenschutzschicht 22 hatte eine Dicke von etwa 500 µm und eine Porosität von 55%. Eine Prüfung ergab, daß der herge­ stellte Sauerstoffmeßfühler eine hohe Wärmestoßbeständigkeit, eine hohe mechanische Festigkeit und eine ausgezeichnete Korro­ sionsbeständigkeit zeigte.On one of the main surfaces of the unfired solid electrolyte body ( 10 ) on which the unfired electrode ( 12 ) had been formed, a green ceramic plate, as was produced in reference example 1, was formed in order to produce the electrode protection layer 22 . Furthermore, green ZrO₂ plates, which were similar to the unfired solid electrolyte body ( 10 ), were formed on the other surface of the unfired solid electrolyte body to produce the reference gas inlet spacer 18 and the sealing layer 20 . The unfired layers thus stacked or laminated were pressed together under pressure and heat, whereby an unfired layer structure was obtained. This layer structure was then fired at 1400 ° C in the atmosphere for 2 hours. In this way, the oxygen sensor (electrochemical element) of FIGS. 1 and 2 with the electrode protective layer 22 , which showed high adhesion to the solid electrolyte body 10 , was produced. The electrode protective layer 22 had a thickness of approximately 500 μm and a porosity of 55%. An examination showed that the manufactured oxygen sensor showed high thermal shock resistance, high mechanical strength and excellent corrosion resistance.

Beispiel 2Example 2

Eine grüne ZrO₂-Platte mit einer Dicke von 500 µm wurde aus ei­ ner Mischung hergestellt, die aus 100 Masseteilen Keramikpulver (96 Mol% ZrO₂, 4 Mol% Y₂O₃), 14 Masseteilen Polybutylmethacry­ lat und 3 Masseteilen Dioctylphthalat bestand.A green ZrO₂ plate with a thickness of 500 microns was from egg ner mixture made of 100 parts by weight of ceramic powder (96 mol% ZrO₂, 4 mol% Y₂O₃), 14 parts by weight polybutyl methacrylic lat and 3 parts by weight of dioctyl phthalate.

Die auf diese Weise hergestellte grüne Zirkoniumdioxidplatte wurde als ungebrannter Festelektrolytkörper (10) verwendet, auf dem in derselben Weise wie in Beispiel 1 ungebrannte Elektroden (12, 14) gebildet wurden und auf dem unter Verwendung einer grünen Aluminiumoxidplatte, wie sie in Referenzbeispiel 2 hergestellt wurde, eine ungebrannte Elektrodenschutzschicht (22) gebildet wurde. Ferner wurden unter Verwendung derselben grünen Zirko­ niumdioxidplatten wie für den ungebrannten Festelektrolytkörper (10) ein ungebrannter Abstandshalter (18) und eine ungebrannte Dichtungsschicht (20) gebildet. Die so aufeinandergeschichte­ ten bzw. laminierten ungebrannten Schichten wurden unter Druck und Hitze zusammengepreßt, wodurch eine ungebrannte Schicht­ struktur erhalten wurde, die dann 2 h lang bei 1450°C in der Atmosphäre gebrannt wurde. Auf diese Weise wurde ein Sauer­ stoffmeßfühler mit einer porösen Aluminiumoxid-Elektrodenschutz­ schicht 22 mit einer Dicke von etwa 800 µm hergestellt. Diese Elektrodenschutzschicht 22 zeigte eine hohe Haftung an dem Festelektro­ lytkörper 10 und hatte eine Porosität von 40%. Eine Prüfung ergab eine ausgezeichnete Wärmestoßbeständigkeit, mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. The green zirconia plate thus prepared was used as an unfired solid electrolyte body ( 10 ) on which unfired electrodes ( 12 , 14 ) were formed in the same manner as in Example 1, and on which using a green alumina plate as prepared in Reference Example 2 , an unfired electrode protective layer ( 22 ) was formed. Furthermore, an unfired spacer ( 18 ) and an unfired sealing layer ( 20 ) were formed using the same green zirconia plates as for the unfired solid electrolyte body ( 10 ). The unfired layers so laminated or laminated were pressed together under pressure and heat, whereby an unfired layer structure was obtained, which was then fired at 1450 ° C. in the atmosphere for 2 hours. In this way, an oxygen sensor with a porous aluminum oxide electrode protection layer 22 was made with a thickness of about 800 microns. This electrode protective layer 22 showed high adhesion to the solid electrolyte body 10 and had a porosity of 40%. A test showed excellent heat shock resistance, mechanical strength and corrosion resistance.

Beispiel 3Example 3

Wie in Beispiel 1 wurde ein Sauerstoffmeßfühler, wie er in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, hergestellt, der eine poröse ZrO₂-Elektro­ denschutzschicht 22 mit einer Dicke von etwa 500 µm und einer Porosität von 55% hatte. Die Elektrodenschutzschicht 22 wurde aus einer grünen ZrO₂-Platte mit einer Dicke von 600 µm gemäß Referenzbeispiel 1 hergestellt. Der hergestellte Sauerstoffmeßfühler wird als "er­ findungsgemäßer Sauerstoffmeßfühler" bezeichnet.As in Example 1, an oxygen sensor, as shown in Fig. 1 and 2, was produced, which had a porous ZrO₂-electrode protective layer 22 with a thickness of about 500 microns and a porosity of 55%. The electrode protective layer 22 was produced from a green ZrO₂ plate with a thickness of 600 μm according to reference example 1. The oxygen sensor produced is referred to as "he oxygen sensor according to the invention".

Es wurde ein Vergleichs-Sauerstoffmeßfühler "A" hergestellt, der eine durch ein Plasmaspritzverfahren gebildete poröse Spi­ nell-Elektrodenschutzschicht 22 hatte. Die Elektrodenschutzschicht 22 hatte eine Dicke von 100 µm und eine Porosität von 35%. Es wurde ein weiterer Vergleichs-Sauerstoffmeßfühler "B" herge­ stellt, der eine poröse ZrO₂-Elektrodenschutzschicht 22 mit ei­ ner Dicke von etwa 120 µm und einer Porosität von 50% hatte. Die ZrO₂-Elektrodenschutzschicht 22 wurde aus einer grünen Zir­ koniumdioxidplatte mit einer Dicke von 150 µm hergestellt, die als Ausbrennstoff Theobromin enthielt, dessen Teilchendurchmesser DBET 0,3 µm betrug. Die grüne Zirkoniumdioxidplatte wurde mit einem ungebrannten Fest­ elektrolytkörper gebrannt, wodurch der Vergleichs-Sauerstoff­ meßfühler "B" hergestellt wurde.A comparative oxygen sensor "A" was made which had a porous Spi nell electrode protective layer 22 formed by a plasma spraying process. The electrode protective layer 22 had a thickness of 100 μm and a porosity of 35%. Another comparative oxygen sensor "B" was produced which had a porous ZrO₂ electrode protective layer 22 with a thickness of approximately 120 μm and a porosity of 50%. The ZrO₂ electrode protective layer 22 was produced from a green zirconium dioxide plate with a thickness of 150 μm, which contained theobromine as the burnout substance, the particle diameter D BET of which was 0.3 μm. The green zirconia plate was fired with an unfired solid electrolyte body, whereby the comparative oxygen sensor "B" was produced.

Ein weiterer Vergleichs-Sauerstoffmeßfühler wurde unter Verwen­ dung einer grünen ZrO₂-Platte hergestellt, die dieselbe Zusam­ mensetzung wie die für den Vergleichs-Sauerstoffmeßfühler "B" verwendete grüne ZrO₂-Platte hatte, deren Dicke jedoch 600 µm betrug, wodurch eine poröse Zirkoniumdioxid-Elektrodenschutz­ schicht 22 mit einer Dicke von etwa 500 µm und einer Porosität von 50% erhalten wurde. Dieser Vergleichs-Sauerstoffmeßfühler hatte jedoch den Nachteil, daß zwischen der Meßelektrode 12 und der Elektrodenschutzschicht 22 eine Trennung eintrat.Another comparative oxygen sensor was made using a green ZrO₂ plate which had the same composition as the green ZrO₂ plate used for the comparative oxygen sensor "B", but the thickness of which was 600 µm, thereby providing porous zirconia electrode protection layer 22 with a thickness of about 500 microns and a porosity of 50% was obtained. However, this comparative oxygen sensor had the disadvantage that a separation occurred between the measuring electrode 12 and the electrode protective layer 22 .

Mit dem erfindungsgemäß hergestellten Sauerstoffmeßfühler und mit den Ver­ gleichs-Sauerstoffmeßfühlern "A" und "B" wurden die folgenden Prüfungen durchgeführt: With the oxygen sensor produced according to the invention and with the Ver Equal oxygen sensors "A" and "B" became the following Tests carried out:  

(1) Wärmestoßprüfung(1) thermal shock test

Die Proben wurden wiederholten Erhitzungs- und Abkühlungszyklen unter Anwendung eines Brenners unterzogen. Die Proben wurden bei jedem Zyklus auf 1000°C erhitzt und auf 200°C abgekühlt. Nach den Erhitzungs- und Abkühlungszyklen wurden die Proben be­ trachtet, um festzustellen, ob sich in der Elektrodenschutz­ schicht 22 Risse gebildet hatten und ob zwischen der Elektrodenschutz­ schicht 22 und der Meßelektrode 12 eine Trennung aufgetreten war, und sie wurden hinsichtlich der Zuverlässigkeit unter An­ wendung eines Weibull-Verteilungsdiagramms bewertet.The samples were subjected to repeated heating and cooling cycles using a burner. The samples were heated to 1000 ° C in each cycle and cooled to 200 ° C. After the heating and cooling cycles, the samples were examined to determine whether cracks had formed in the electrode protection layer 22 and whether a separation had occurred between the electrode protection layer 22 and the measuring electrode 12 , and they were used for reliability of a Weibull distribution diagram.

(2) Phosphorkorrosionsprüfung(2) Phosphorus corrosion test

Die Proben wurden einem korrodierend wirkenden Gas, das Phos­ phor enthielt, ausgesetzt. Im einzelnen wurde Phosphorpentoxid­ pulver (P₂O₅-Pulver) auf 300°C erhitzt, um korrodierend wir­ kendes Phosphorgas (P-Gas) zu erzeugen. Dieses Phosphorgas wur­ de den Proben mit einer festgelegten Temperatur (250°C) unter Anwendung eines durch ein Quarzglasrohr hindurchströmenden Trä­ gergasstromes (Luft; 150 ml/min) zugeführt. Die Proben wurden für eine festgelegte Zeit mit dem Phosphorgas in Kontakt gehal­ ten. Das Luftüberschußverhältnis (λ) des Meßgases wurde vor und nach dieser Prüfung mit den als Proben verwendeten Sauerstoff­ meßfühlern gemessen. Im einzelnen wurde das Luftüberschußver­ hältnis des Meßgases sehr langsam (z. B. von 0,95 auf 1,20) ver­ ändert, um den Wert des Luftüberschußverhältnisses zu dem Zeit­ punkt zu messen, in dem sich die elektromotorische Kraft, die durch die Meßfühler erzeugt wird, plötzlich ändert. Der Betrag der Änderung des Luftüberschußverhältnisses, das gemessen wur­ de, bevor und nachdem jede Probe dem korrodierend wirkenden Gas ausgesetzt war, wurde erhalten. Die Korrosionsbeständigkeit der Proben nimmt zu, wenn der Betrag der Änderung des gemesse­ nen Luftüberschußverhältnisses abnimmt.The samples were exposed to a corrosive gas, the Phos phor contained, exposed. Specifically, phosphorus pentoxide Powder (P₂O₅ powder) heated to 300 ° C to be corrosive generating phosphorus gas (P gas). This phosphorus gas was de the samples with a set temperature (250 ° C) below Application of a stream flowing through a quartz glass tube gas flow (air; 150 ml / min) supplied. The samples were in contact with the phosphorus gas for a predetermined time The excess air ratio (λ) of the sample gas was before and after this test with the oxygen used as samples probes measured. In detail, the excess air was ver ratio of the sample gas very slowly (e.g. from 0.95 to 1.20) changes to the value of the excess air ratio at the time to measure the point at which the electromotive force, the generated by the sensor suddenly changes. The amount the change in the excess air ratio that was measured en Before and after each sample of the corrosive gas was preserved. The corrosion resistance The samples increase when the amount of change in the measured NEN excess air ratio decreases.

Das Ergebnis der Wärmestoßprüfung ist in Fig. 3 gezeigt, wäh­ rend das Ergebnis der Phosphorkorrosionsprüfung in Fig. 4 ge­ zeigt ist. Man sieht, daß der Vergleichs-Sauerstoffmeßfühler "A" eine sehr niedrige Wärmestoßbeständigkeit hat und daß der Vergleichs-Sauerstoffmeßfühler "B" eine sehr niedrige Korrosi­ onsbeständigkeit gegen Phosphor (korrodierend wirkendes Gas) hat. Der erfindungsgemäß hergestellte Sauerstoffmeßfühler hat im Vergleich zu den Vergleichs-Sauerstoffmeßfühlern "A" und "B" sowohl eine beträchtlich verbesserte Wärmestoßbeständigkeit als auch eine beträchtlich verbesserte Korrosionsbeständigkeit.The result of the thermal shock test is shown in Fig. 3, while the result of the phosphorus corrosion test is shown in Fig. 4 ge. It can be seen that the comparative oxygen sensor "A" has a very low thermal shock resistance and that the comparative oxygen sensor "B" has a very low corrosion resistance to phosphorus (corrosive gas). The oxygen sensor made in accordance with the present invention has both significantly improved thermal shock resistance and significantly improved corrosion resistance compared to comparative oxygen sensors "A" and "B".

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung eines elektrochemischen Ele­ ments mit den folgenden Schritten:
  • - Bildung mindestens einer ungebrannten Elektrode auf einem ungebrannten Festelektrolytkörper;
  • - Aufbringen einer grünen Keramikplatte auf den ungebrannten Festelektrolytkörper, um eine ungebrannte Schutzschicht zu bilden, die mindestens eine der mindestens einen ungebrannten Elektrode bedeckt; und
  • - Brennen des ungebrannten Festelektrolytkörpers, der mindestens einen ungebrannten Elektrode und der ungebrannten Schutzschicht, wodurch das elektrochemische Element erhalten wird;
1. A method for producing an electrochemical element with the following steps:
  • - Formation of at least one unfired electrode on an unfired solid electrolyte body;
  • Applying a green ceramic plate to the unfired solid electrolyte body to form an unfired protective layer which covers at least one of the at least one unfired electrode; and
  • Firing the unfired solid electrolyte body, the at least one unfired electrode and the unfired protective layer, whereby the electrochemical element is obtained;
wobei für die grüne Keramikplatte, die unter Bildung einer porösen Keramikstruktur gebrannt wird,
entweder eine Mischung, die hauptsächlich aus
  • - einem Ausbrennstoff, der einen Teilchendurchmesser DBET von mindestens 0,4 µm aufweist, wobei der Teilchendurchmesser DBET dem Durchmesser einer Kugel entspricht, der auf der Grundlage eines nach dem BET-Verfahren (Brunauer-Emmett-Teller-Ver­ fahren) gemessenen Wertes der spezifischen Oberfläche errechnet wird,
  • - einem Keramikpulver, das einen Teilchendurchmesser DBET von 0,02 bis 0,5 µm hat, und
  • - einem Bindemittel besteht,
for the green ceramic plate, which is fired to form a porous ceramic structure,
either a mix that mainly consists of
  • - A burnout substance which has a particle diameter D BET of at least 0.4 μm, the particle diameter D BET corresponding to the diameter of a sphere, which is measured on the basis of a value measured using the BET method (Brunauer-Emmett-Teller method) the specific surface is calculated,
  • - a ceramic powder which has a particle diameter D BET of 0.02 to 0.5 µm, and
  • - there is a binder,
oder eine Mischung, die hauptsächlich aus
  • - einem Ausbrennstoff, der eine 50-%-Teilchengröße DL; 50% von mindestens 0,8 µm aufweist, wobei die 50-%-Teilchengröße DL; 50% durch ein Laserabtastverfahren bestimmt wird,
  • - einem Keramikpulver, das einen Teilchendurchmesser DBET von 0,02 bis 0,5 µm hat, und
  • - einem Bindemittel besteht,
or a mixture that mainly consists of
  • - a burnout that has a 50% particle size D L ; 50% of at least 0.8 microns, the 50% particle size D L ; 50% is determined by a laser scanning method
  • - a ceramic powder which has a particle diameter D BET of 0.02 to 0.5 µm, and
  • - there is a binder,
verwendet wird.is used. 2. Verfahren zur Herstellung eines elektrochemischen Ele­ ments mit den folgenden Schritten:
  • - Bildung mindestens einer ungebrannten Elektrode auf einem ungebrannten Festelektrolytkörper;
  • - gemeinsames Brennen der mindestens einen ungebrannten Elek­ trode und des ungebrannten Festelektrolytkörpers;
  • - Aufbringen einer grünen Keramikplatte auf den gebrannten Festelektrolytkörper, um eine ungebrannte Schutzschicht zu bilden, die mindestens eine der mindestens einen ungebrannten Elektrode bedeckt; und
  • - Brennen der ungebrannten Schutzschicht, wodurch das elektrochemische Element erhalten wird;
2. Method for producing an electrochemical element with the following steps:
  • - Formation of at least one unfired electrode on an unfired solid electrolyte body;
  • - Common burning of the at least one unfired electrode and the unfired solid electrolyte body;
  • Applying a green ceramic plate to the fired solid electrolyte body to form an unfired protective layer which covers at least one of the at least one unfired electrode; and
  • Firing the unfired protective layer, whereby the electrochemical element is obtained;
wobei die in Anspruch 1 definierte grüne Keramikplatte verwendet wird.wherein the green ceramic plate defined in claim 1 is used. 3. Verfahren zur Herstellung eines elektrochemischen Ele­ ments mit den folgenden Schritten:
  • - Bildung mindestens einer ungebrannten Elektrode auf einem gebrannten Festelektrolytkörper;
  • - Aufbringen einer grünen Keramikplatte auf den gebrannten Festelektrolytkörper, um eine ungebrannte Schutzschicht zu bilden, die mindestens eine der mindestens einen ungebrannten Elektrode bedeckt; und
  • - gemeinsames Brennen der mindestens einen ungebrannten Elektrode und der ungebrannten Schutzschicht, wodurch das elektrochemische Element erhalten wird;
3. Method for producing an electrochemical element with the following steps:
  • - Formation of at least one unfired electrode on a fired solid electrolyte body;
  • Applying a green ceramic plate to the fired solid electrolyte body to form an unfired protective layer which covers at least one of the at least one unfired electrode; and
  • - firing the at least one unfired electrode and the unfired protective layer together, whereby the electrochemical element is obtained;
wobei die in Anspruch 1 definierte grüne Keramikplatte verwendet wird.wherein the green ceramic plate defined in claim 1 is used. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrochemisches Element ein Sauerstoffmeßfühler hergestellt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that as an electrochemical element Oxygen sensor is manufactured.
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